PROFIBUS - DP总线通信原理、组成及实现高炉自动化控制设计

1、概述

随着网络技术的发展，现场总线技术不断在信钢450m3、600m3 高炉自动控制系统中使用，它使用一类传输介质将分散的现场设备连接到中央控制或管理系统。

我公司600m3 高炉自动控制系统中，由槽下上料系统、高炉本体、热风、布袋四个站点组成，炉顶配有意大利产绝对型旋转编码器。该套系统电器设计分部区域广、阀门多、煤气区域易燃易爆的特点不容忽视，在此采用数字量、模拟量、即输入输出点进入站点模块，通过一根总线传入主控室PLC，以此来控制各阀门及电机动作，该套系统采用德国西门子400PLC系统和PROF IBUS - DP工业现场总线技术，实现了高炉自动化控制。

2、PROFIBUS - DP总线通信原理及系统组成

PROF IBUS由三个部分组成即PROF IBUS -DP （分布式外围设备） 、PROF IBUS - PA （过程自动化） 、PROFIBUS - FMS （现场总线报文规范） 。

600m3 高炉采用PROF IBUS - DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。使用PROF IBUS - DP可取代24VDC或4 ～20mA信号传输。它定义了第一层为物理层，第二层为数据链路层提供总线存取控制和保证数据的可靠性。其用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，这为系统兼容提供了便利，便于调试和维护。

在600m3 高炉控制系统中， PROF IBUS - DP采用的是单独供电的总线设备，每站点有自己的稳压电源，如果网络节点电源不稳，通信若隐若现甚至彻底消失时，系统会启动旁路功能以避免对其他接点的影响。炉顶槽下、热风、布袋及高炉本体以站点形式挂在总线上，信号通过总线传送到主控室的PLC，每台总线设备必须有一个唯一的网络地址和物理设备位号，当有站点出现故障时，通过主控室PLC可以诊断出具体站点，实现对各站点的检测。［page］

3、600m3 高炉系统软件硬件的组成

系统硬件：

（ 1 ） 集成了DP 接口的西门子400PLC（CPU414 - 2DP） 。

（2）两台西门子OSM交换机用于各站点之间的数据通信。

（3）插有工业以太网卡的（CP1613 通讯卡）的计算机。

（4） ET200M的主站模块。

（5） 数字量模拟量输入输出模块（D I/DO，AI/AO） 。

（6）工作站6台研华工控机。

系统软件配置：

（1） 在这套系统中， 控制基本上由集中的PLC完成。在PLC软件控制中要对外部的总线结构进行硬件组态，让系统识别总线结构，各站点有自己的逻辑地址，分别挂在哪条总线上，采用的总线协议方式及速率、产品类型等进行具体组态设置。PLC程序在上位机的编程工具STEP7V5. 3中组态后进行编译，编译通过后下载到CPU414 -2DP，并存储其中， CPU414可自动运行该程序，根据程序内容读取总线上的所有I/O 模块的状态字，控制硬件设备。

（2 ） 上位机监控软件为西门子公司的Wincc610，它基于W indows的对象链接和嵌入，部件对象模型和分布式部件对象模型技术，并创建一开放式接口，具有良好的图形界面和人机交互性，系统在成熟的Windows2000下运行。

利用总线在监控画面中实现功能如下：

（1）控制操作

在控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停阀门设备，调节上料种类，设定物料重量等。并能够在现场限位开关或雷达料位计等发生故障时，模拟到位信号，使上料正常进行，在线设

定PLC的某些参数。上位机是总线上的一个站点，与PLC进行实时通信。

（2）显示功能

在画面中通过编程实现模拟显示整个高炉系统各阀门实际动作状况，以及现场的仪表温度、压力、重量、状态参数等。各阀门位置指示用不同颜色指示开到位、关到位、正在开或关等。

（3）数据管理

依据不同的运行参数的变化和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。如料批记忆可记录每批料实际的料种、料重、上料时间等。可从中得出一些有用的经验参数，改进工艺，使生产效益越来越好。

（4）报警功能

可根据不同的需要发出不同等级的报警，通过画面闪烁报警，并用文字提示，对快速确认故障，排除故障起到很好的作用。利用总线模块诊断功能，可直观的看到现场站点故障报警状态。

4、总线诊断方式

在高炉自动化系统中，即使一个站点一旦出现故障也将严重影响上料，造成减风、休风，因此快速诊断故障尤为重要。利用0B块把CPU中的硬件信息读出来，如OB86为机架故障组织块，当扩展机架、DP主站系统、分布式I/O中从站故障时， CPU的操作系统调用OB86。在OB86组织块中编写程序，把CPU中的故障代码读出放入数据库中，根据数据库中的代码意义，可诊断出总线上站点故障。

5、结束语

在高炉自动化系统中，生产条件特别复杂，设备区域分布多，造成电气自动控制系统故障率高，

维护量大的缺点。而该网在本项目的运用中避免了大量点对点的电缆敷设，降低了线路敷设的难度和施工的复杂性，其实时性远远高于其它局域网，因而特别适用于工业现场。

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