0 引言

某廠粗軋機(jī)系統(tǒng)由傳動、壓下、潤滑、稀油等幾個部分組成，在控制上采用整體控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行、人員操作的可靠、安全、簡單化。利用Profibus-DP總線技術(shù)，把各個分散的不同功能的泵站、操作臺、操作箱整合為一個S7-300控制系統(tǒng)是解決軋機(jī)系統(tǒng)控制的最好方法。在控制系統(tǒng)中S7-300主站、各個ET00M分站、觸摸屏是整個粗軋機(jī)系統(tǒng)的控制核心部分。主要用來收集和傳輸現(xiàn)場檢測信號，對各個泵站的參數(shù)(如壓力、溫度、液位等)進(jìn)行精確控制。通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，操作員實(shí)時了解各站的運(yùn)行參數(shù)并進(jìn)行相應(yīng)的工藝操作。

1 Profibus-DP在粗軋機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 Profibus網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1所示為某軋機(jī)過程控制中的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.2 系統(tǒng)硬件組態(tài)

粗軋機(jī)系統(tǒng)由1臺上位機(jī)(DPM2)、1個Pronbus-DP主站(DPMl)、Pronbus-DP從站及現(xiàn)場設(shè)備組成；Pronbus-DP總線將所有主站和從站連接成一個完整的過程控制網(wǎng)。

1臺上位機(jī)主站采用研華工控機(jī)，通過以太網(wǎng)和西門子通信模塊CP343使工控機(jī)與現(xiàn)場總線相連。這樣工業(yè)PC機(jī)與現(xiàn)場總線網(wǎng)就連接成為能完成組態(tài)、運(yùn)行、操作等功能的完整的控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。1個Profibus-DP總線主站即為CPU315—2DP的S7—300 PLC，CPU315—2DP是西門子公司推出的一款適合于中等規(guī)模控制系統(tǒng)的PLc，其可擴(kuò)展性好，通信能力強(qiáng)。CPU315—2DP帶2個通信接口：一個符合EN5170標(biāo)準(zhǔn)的Profibus-DP接口和一個MPI接口。通過這2個接口可以實(shí)現(xiàn)Profibus、工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)和MPI等通信。Profibus-DP接口使用九針D型插頭。

Profibus-DP從站包括：

1)采用西門子6RA70系列直流調(diào)速裝置的直流傳動系統(tǒng)6個(開卷傳動裝置2個、卷取機(jī)傳動裝置2個、主機(jī)傳動裝置2個)、采用西門子MM440全數(shù)字交流變頻裝置的交流傳動系統(tǒng)(矯直機(jī)傳動裝置1個)，交直流傳動裝置通過CBP通信板與Profibus-DP現(xiàn)場總線連網(wǎng)，大大減少了電纜使用量，降低了建設(shè)成本，還為系統(tǒng)提供了更大的靈活性和擴(kuò)展性。并且通過中央控制單元PLC將所有傳動點(diǎn)連接在Profibus現(xiàn)場總線上，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)字速度給定和脈沖編碼器速度反饋，構(gòu)成全數(shù)字傳動系統(tǒng)。一方面迅速響應(yīng)操作員發(fā)出的操作指令，另一方面與傳動設(shè)備進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信，以便PLc根據(jù)傳送上來的電動機(jī)電流、電壓的實(shí)際大小及時作出必要的處理。

2)機(jī)柜控制系統(tǒng)6個(電磁閥柜、潤滑泵站柜、左操作箱、右操作箱、開卷操作臺、主操作臺各1個)，均采用分布式I/O模塊ETooM，配合Profibus-DP接口，與主站之間通過屏蔽雙絞線傳送數(shù)據(jù)。I/O模塊下的電磁閥、氣動閥和傳感器等連接到現(xiàn)場設(shè)備，I/O模塊按主／從模塊向現(xiàn)場設(shè)備提供輸出數(shù)據(jù)并向主站或上位機(jī)饋送數(shù)據(jù)。將接近開關(guān)、操作按鈕、編碼器、電磁閥、泵站電機(jī)等現(xiàn)場設(shè)備分組連接至開卷操作臺、主操作臺、左右操作箱、電磁閥柜、潤滑泵站柜等分布式I/O中，完成現(xiàn)場設(shè)備控制及設(shè)備間聯(lián)鎖控制。

3)現(xiàn)場總線數(shù)顯表8個，用來顯示系統(tǒng)需要的左右卷卷徑、速度、張力、電流等參數(shù)。

4)Eview觸摸屏2個，分別用在左右操作箱來設(shè)置或顯示操作員需要的輥縫、厚度、張力、速度、電流、卷徑等參數(shù)并操作機(jī)前與機(jī)后的分段冷卻。

系統(tǒng)硬件組態(tài)首先啟動STEP7，按照向?qū)梢粋€項目，并在該項目下點(diǎn)擊右鍵插入SIMATIC300station。雙擊Hardware選項進(jìn)入Hwconfig窗口，在catalog中按照硬件實(shí)際安裝秩序和訂貨號插入機(jī)架、電源、CPU、I/O模塊等進(jìn)行硬件主站組態(tài)，在插入CPU的同時會彈出Profibus組態(tài)界面，新建Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)并按軟件組態(tài)的要求進(jìn)行參數(shù)設(shè)置即可。

然后是DP從站的組態(tài)。例如在Catalog中Profibus-DP SIMOVERT目錄下選擇MICROMASlER 4子目錄下的0PKW，6PZD(PPo4)，并按照軟件組態(tài)的要求進(jìn)行站號地址設(shè)置即可，這樣就組態(tài)好了采用西門子MM440全數(shù)字交流變頻裝置的交流傳動系統(tǒng)(即矯直機(jī)傳動裝置)，如圖2中DP網(wǎng)下的(3)所示。6個采用西門子6RA70系列直流調(diào)速裝置的直流傳動系統(tǒng)的組態(tài)在Catalog中Profibus-DPSIMOREG目錄下選擇正確的過程數(shù)據(jù)對象(PPO5)，并按照軟件組態(tài)的要求進(jìn)行站號地址設(shè)置即可，組態(tài)后如圖2中的(4)～(9)所示。然后是6個分布式I/O模塊ET00M的組態(tài)，在catalog中Profibus-DP DP I/O slaves目錄下進(jìn)行組態(tài)，如圖2中的(10)～(15)所示?，F(xiàn)場總線數(shù)碼顯示表組態(tài)如圖2中(16)～(20)和(23)～(25)所示。Eview觸摸屏的組態(tài)如圖2中(21)和(22)所示。

系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)軟件組態(tài)

Wincc工作站與S7-300 PLC之間的數(shù)據(jù)通信硬件連接建立后，還需要在軟件方面進(jìn)行配置。該系統(tǒng)采用SIMATIC S7-300的編程工具STEP7M，完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編寫、測試和調(diào)試，在主站S7—300PLC上，要對DP進(jìn)行組態(tài)，通過STEP7軟件包結(jié)合PrfibusDrive的定義程序來進(jìn)行站號設(shè)定，主站PLc設(shè)為2，設(shè)定Profibus-DP主站通信速率為187．5 kbit／s。組態(tài)的關(guān)鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在從站上，同樣要正確地組態(tài)通信參數(shù)。從站站號依次設(shè)為3，4，5，6，7，8，9，10等。從站為分布式I/O模塊ET00M時，不需要單獨(dú)編程，只需將模塊的BuS開關(guān)設(shè)置成與站號地址一致即可。

1.4 WinCC監(jiān)控系統(tǒng)

上位機(jī)軟件采用sIMA-11c WinCc組態(tài)軟件，該軟件是一個基于多任務(wù)、多平臺、實(shí)時性好、開放性好的集成軟件包，具有良好的開放性和靈活性，組態(tài)簡便、高效，內(nèi)置所有SCADA功能。提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，也提供了實(shí)時過程監(jiān)控、報警和報警管理、歷史趨勢查詢、多級安全管理、方便的系統(tǒng)擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)等功能，集成了COM/DCOM、OPC、VBA、Activex等先進(jìn)的現(xiàn)代軟件技術(shù)，使所有的應(yīng)用組件都可以無縫集成到一個系統(tǒng)中，并且數(shù)據(jù)可以很方便地在網(wǎng)絡(luò)上共享。高性能的過程耦合，快速的畫面更新，以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實(shí)用性。

監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面簡潔明了，能使操作人員直觀地了解現(xiàn)場工作的狀況，同時通過設(shè)備工作狀況的動態(tài)模擬還原現(xiàn)場的實(shí)際情況，使監(jiān)控界面更加直觀。畫面合理的布局設(shè)計，管理菜單和控制操作菜單合理的劃分，使整個界面清晰、美觀，并且方便操作員操作，充分反映出現(xiàn)代化企業(yè)車間生產(chǎn)控制操作的應(yīng)用特點(diǎn)。

粗軋機(jī)系統(tǒng)中，需要監(jiān)控的設(shè)備和數(shù)據(jù)比較多，不可能都顯示在一張畫面上，所以按照工藝的不同功能分別放在多張畫面內(nèi)，并將畫面對象連接到已創(chuàng)建好的外部變量，這些變量可以和S7—300PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，即相當(dāng)于畫面中各對象與現(xiàn)場設(shè)備相連，以此來實(shí)現(xiàn)實(shí)時在畫面上監(jiān)視和控制現(xiàn)場設(shè)備。大電壓、大電流下運(yùn)行，使本身的溫度也迅速升高，導(dǎo)致?lián)p壞。

根據(jù)現(xiàn)場情況及上述分析，電壓互感器損壞的原因應(yīng)該為鐵磁諧振所致。

2 結(jié)論

經(jīng)過軟、硬件的組態(tài)后，就形成了整個粗軋機(jī)系統(tǒng)的Profibus-DP通信網(wǎng)絡(luò)，通過主站對從站的通信控制實(shí)現(xiàn)了軋制過程的自動控制。系統(tǒng)使用西門子通信模塊CP343，通信距離有限制，如果PLC柜到主操作臺的電纜溝距離較長，會存在與工控機(jī)通信不上的問題。另外現(xiàn)場安裝過程中，要注意現(xiàn)場各類干擾源以及接地系統(tǒng)對總線通信的影響。該粗軋機(jī)系統(tǒng)將總線技術(shù)與西門子PLC相結(jié)合控制現(xiàn)場設(shè)備，組成了實(shí)時、可靠的全集成自動化控制系統(tǒng)，滿足各種工藝需求，對于生產(chǎn)工業(yè)自動化發(fā)展具有積極意義。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)具有簡單實(shí)用、運(yùn)行穩(wěn)定可靠且操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，為企業(yè)取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。