PROFIBUS - DP總線通信原理、組成及實(shí)現(xiàn)高爐自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)

1、概述

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)不斷在信鋼450m3、600m3 高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中使用，它使用一類傳輸介質(zhì)將分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到中央控制或管理系統(tǒng)。

我公司600m3 高爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中，由槽下上料系統(tǒng)、高爐本體、熱風(fēng)、布袋四個(gè)站點(diǎn)組成，爐頂配有意大利產(chǎn)絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器。該套系統(tǒng)電器設(shè)計(jì)分部區(qū)域廣、閥門(mén)多、煤氣區(qū)域易燃易爆的特點(diǎn)不容忽視，在此采用數(shù)字量、模擬量、即輸入輸出點(diǎn)進(jìn)入站點(diǎn)模塊，通過(guò)一根總線傳入主控室PLC，以此來(lái)控制各閥門(mén)及電機(jī)動(dòng)作，該套系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子400PLC系統(tǒng)和PROF IBUS - DP工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高爐自動(dòng)化控制。

2、PROFIBUS - DP總線通信原理及系統(tǒng)組成

PROF IBUS由三個(gè)部分組成即PROF IBUS -DP （分布式外圍設(shè)備） 、PROF IBUS - PA （過(guò)程自動(dòng)化） 、PROFIBUS - FMS （現(xiàn)場(chǎng)總線報(bào)文規(guī)范） 。

600m3 高爐采用PROF IBUS - DP是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROF IBUS - DP可取代24VDC或4 ～20mA信號(hào)傳輸。它定義了第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層提供總線存取控制和保證數(shù)據(jù)的可靠性。其用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應(yīng)用功能，這為系統(tǒng)兼容提供了便利，便于調(diào)試和維護(hù)。

在600m3 高爐控制系統(tǒng)中， PROF IBUS - DP采用的是單獨(dú)供電的總線設(shè)備，每站點(diǎn)有自己的穩(wěn)壓電源，如果網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電源不穩(wěn)，通信若隱若現(xiàn)甚至徹底消失時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)旁路功能以避免對(duì)其他接點(diǎn)的影響。爐頂槽下、熱風(fēng)、布袋及高爐本體以站點(diǎn)形式掛在總線上，信號(hào)通過(guò)總線傳送到主控室的PLC，每臺(tái)總線設(shè)備必須有一個(gè)唯一的網(wǎng)絡(luò)地址和物理設(shè)備位號(hào)，當(dāng)有站點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，通過(guò)主控室PLC可以診斷出具體站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各站點(diǎn)的檢測(cè)。［page］

3、600m3 高爐系統(tǒng)軟件硬件的組成

系統(tǒng)硬件：

（ 1 ） 集成了DP 接口的西門(mén)子400PLC（CPU414 - 2DP） 。

（2）兩臺(tái)西門(mén)子OSM交換機(jī)用于各站點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通信。

（3）插有工業(yè)以太網(wǎng)卡的（CP1613 通訊卡）的計(jì)算機(jī)。

（4） ET200M的主站模塊。

（5） 數(shù)字量模擬量輸入輸出模塊（D I/DO，AI/AO） 。

（6）工作站6臺(tái)研華工控機(jī)。

系統(tǒng)軟件配置：

（1） 在這套系統(tǒng)中， 控制基本上由集中的PLC完成。在PLC軟件控制中要對(duì)外部的總線結(jié)構(gòu)進(jìn)行硬件組態(tài)，讓系統(tǒng)識(shí)別總線結(jié)構(gòu)，各站點(diǎn)有自己的邏輯地址，分別掛在哪條總線上，采用的總線協(xié)議方式及速率、產(chǎn)品類型等進(jìn)行具體組態(tài)設(shè)置。PLC程序在上位機(jī)的編程工具STEP7V5. 3中組態(tài)后進(jìn)行編譯，編譯通過(guò)后下載到CPU414 -2DP，并存儲(chǔ)其中， CPU414可自動(dòng)運(yùn)行該程序，根據(jù)程序內(nèi)容讀取總線上的所有I/O 模塊的狀態(tài)字，控制硬件設(shè)備。

（2 ） 上位機(jī)監(jiān)控軟件為西門(mén)子公司的Wincc610，它基于W indows的對(duì)象鏈接和嵌入，部件對(duì)象模型和分布式部件對(duì)象模型技術(shù)，并創(chuàng)建一開(kāi)放式接口，具有良好的圖形界面和人機(jī)交互性，系統(tǒng)在成熟的Windows2000下運(yùn)行。

利用總線在監(jiān)控畫(huà)面中實(shí)現(xiàn)功能如下：

（1）控制操作

在控制室能對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如啟停閥門(mén)設(shè)備，調(diào)節(jié)上料種類，設(shè)定物料重量等。并能夠在現(xiàn)場(chǎng)限位開(kāi)關(guān)或雷達(dá)料位計(jì)等發(fā)生故障時(shí)，模擬到位信號(hào)，使上料正常進(jìn)行，在線設(shè)

定PLC的某些參數(shù)。上位機(jī)是總線上的一個(gè)站點(diǎn)，與PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。

（2）顯示功能

在畫(huà)面中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)模擬顯示整個(gè)高爐系統(tǒng)各閥門(mén)實(shí)際動(dòng)作狀況，以及現(xiàn)場(chǎng)的儀表溫度、壓力、重量、狀態(tài)參數(shù)等。各閥門(mén)位置指示用不同顏色指示開(kāi)到位、關(guān)到位、正在開(kāi)或關(guān)等。

（3）數(shù)據(jù)管理

依據(jù)不同的運(yùn)行參數(shù)的變化和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計(jì)分析使用。如料批記憶可記錄每批料實(shí)際的料種、料重、上料時(shí)間等?？蓮闹械贸鲆恍┯杏玫慕?jīng)驗(yàn)參數(shù)，改進(jìn)工藝，使生產(chǎn)效益越來(lái)越好。

（4）報(bào)警功能

可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警，通過(guò)畫(huà)面閃爍報(bào)警，并用文字提示，對(duì)快速確認(rèn)故障，排除故障起到很好的作用。利用總線模塊診斷功能，可直觀的看到現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)故障報(bào)警狀態(tài)。

4、總線診斷方式

在高爐自動(dòng)化系統(tǒng)中，即使一個(gè)站點(diǎn)一旦出現(xiàn)故障也將嚴(yán)重影響上料，造成減風(fēng)、休風(fēng)，因此快速診斷故障尤為重要。利用0B塊把CPU中的硬件信息讀出來(lái)，如OB86為機(jī)架故障組織塊，當(dāng)擴(kuò)展機(jī)架、DP主站系統(tǒng)、分布式I/O中從站故障時(shí)， CPU的操作系統(tǒng)調(diào)用OB86。在OB86組織塊中編寫(xiě)程序，把CPU中的故障代碼讀出放入數(shù)據(jù)庫(kù)中，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的代碼意義，可診斷出總線上站點(diǎn)故障。

5、結(jié)束語(yǔ)

在高爐自動(dòng)化系統(tǒng)中，生產(chǎn)條件特別復(fù)雜，設(shè)備區(qū)域分布多，造成電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)故障率高，

維護(hù)量大的缺點(diǎn)。而該網(wǎng)在本項(xiàng)目的運(yùn)用中避免了大量點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電纜敷設(shè)，降低了線路敷設(shè)的難度和施工的復(fù)雜性，其實(shí)時(shí)性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它局域網(wǎng)，因而特別適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

責(zé)任編輯：gt