基于Profibus-DP协议和PLC器件实现辊压机控制系统的设计

　　1．概述

　　在自动化系统的配置中即要保证系统的先进、可靠、合理性，又要避免过剩功能，降低投资成本。2000年至2001年，我们成功地在安庆白鳍豚4#水泥磨系统应用了辊压机终粉磨工艺，在该生产线上选用了西门子250kW变频器对辊压机两磨辊电动机进行变速驱动。同时选用德国申克振动测量传感器对辊压机的振动进行监视。辊压机的控制采用了新型控制系统，系统采用了Siemens SIMATIC S7-300可编程控制器，上位机采用研华工控机，由Wincc软件实现系统组态控制，和变频器MASTERDRIVES组成。上位系统的通讯网络采用Siemens MPI网。各个控制站之间以及6台矢量变频器与控制站之间以Profibus-DP协议方式相连。它完全与电位无关地运行，其优点是，不必花费昂贵的等电位连接费用，且大大增强了网络的可靠性。

　　2．辊压机两辊的同步运行

　　在实际生产过程中，保持辊压机两辊的同步运行是尤为重要的。这种同步，不仅仅是稳速运行时需要同步，而且在加减速的动态过程中也需要保证线速度的一致。为此，我们采取以下两个措施，以达到同步的目的：

　　2．1提高系统的动态响应

　　所有变频器都采用光电编码器的反馈方式，通过矢量运算，它能够确定和控制转矩与磁通的电流分量，获得同直流传动相媲美白勺动态特性：这就从基础上保证了同步的可实现。

　　2．2建立速度给定值链

　　在两个变频器之间建立装置对装置通讯过程，通过此方式能够将速度给定值用数字量迅速而准确地传递给第一个变频器，消除模拟信号传递中由于线路损耗、干扰等带来的信号漂移、于扰所带来的不利影响。各个分部之间不同的机械变化则由变频器内部不同的比例因子控制，从而实现动态与稳态时各分部线速度的恒比例运行。

　　根据终粉磨系统中辊压机对传动的控制需求，选用西门子矢量型变频调速器6SE70。

　　特点如下：

　　变频器元件板SCB2具有电隔离的RS485口，可在变频器之间实现装置对装置的连接。 在这里，我们采用并行接法，将其中一台变频器作为主动装置，另一台变频器作为从动装 置，这样，主动装置能够将系统线速度给定值传递至从动装置，从而增加了整个系统的可靠性。通过在安庆白鳍豚4#水泥磨系统应用了辊压机终粉磨系统中的应用，我们认为采用西门子6SE70变频调速系统在提高产品质量、产量，减小日常维护及节能等方面都有显著的优点，完全能够满足生产现场的需要。

　　3．采用Profibus的原因

　　Profibus现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的， 由德国组织开发的工 业现场总线协议标准——PROFIBUS现场总线标准（DINl9254）。是近年来国际上最为流行 的现场总线，也是目前数据传输率最快的一种现场总线（传输率可达12M波特），因此在很多领域内有广泛地应用c根据Venture Developmen Corp．（VDC）的报告，PROFIBUS所占的市场份额最大，也是发展最快的现场总线：

　　Profibus的网络协议是以1SO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三 层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强c此外它的三种模块（FMS、DP和PA）又可以适应不同的应用对象和通信速率方面白勺要求，开放性也好。［page］

　　Profibus现场总线基于令睥协议加主从总线的介质存取方式，主站以主从方式与从 站通讯，各主站之间由令牌协议决定总线控制权。站点数可达127个。

　　正是基于Profibus现场总线技术上的成熟和开放性， 以及实际应用后的经济效果， 因此我们在自动化控制系统中采用了它。

　　4．Profibus-DP组态说明

　　在以上的自动化控制系统中，Profibus-DP现场总线应用在交流变频器、远程操作单元ET200M与S7-300PLC之间的通讯上。

　　4．1硬件组态

　　Profibus-DP总线共有6个站，分别是S7—300PLC作为Master，站号设定：2；其余均为Slave，它们有远程操作接口单元ET200M，站号设定：3；打散机变频器，站号设定： 4；料饼秤控制器，站号设定：5；辊压机活动辊变频器，站号设定：6；辊压机固定辊变频器，站号设定：7；主站上应用57-300PLC的CPU315-2DP，BUS终端器设定为ON。从站中BUS终端器设定为OFF，ET200M的BUS终端器设定为ON。BUS终端器设定一定要正 确，即BUS两端为ON，中间接点为OFF。通讯距离约为500m。

　　Profibus-DP的布线要严格按照适配模件的说明来接线，通讯电缆最好用西门子公司的专用DP电缆或屏蔽双绞两芯电缆。屏蔽层的接线一定要保证单端接地，同时结合现场总线的抑制干扰技术可以保证系统通讯的正常运行。

　　4．2软件组态

　　在本系统中变频器和PLC选用的都是西门子一家公司的设备和材料，确保了参数匹配正确，在Master站S7—300PLC上，要对DP进行组态，通过STEP7软件包结合ProfiDrive的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择Profibus-DP的方式，即PPO的类型。在该系统中为PPO-2型，通讯字有十个数据字：通讯速率选择为500kB／s，根据实际的应用效果看，该速率满足系统的信号交换要求。

　　5． 软件要作的工作

　　Profibus—DP总线经过软硬件的组态建立起来后，Master和Slave之间的信息交换还必须在主/从站内部来规定，即在双方要用软件来定义其传输信息的内容。

　　在我们的自动化控制系统中，Master站应用了8个字来记录所有的交换信号，包含D112点，D06点，A13点，A0l点。应用STEP7内的标准功能块SFCl4—DPRD DAT和SFC-DPWR DAT来接收和发送DP上的信号。Slave站同样用相应的3个字来对应Master站，即由主→从应用4个字和由从→主应用四个字。

　　6．设计、安装和调试体会

　　在本次自动化控制系统的设计、安装和调试过程中，Profibus-DP的应用无疑是正确的， 只是在现场安装过程中，要注意以下几点：

　　（1）现场安装条件与原始设计和系统要求的差异和解决方案。

　　（2）现场各类干扰因素的防范。

　　（3）现场的接地系统对总线的影响。

　　7．结束语

　　在安庆白鳍豚水泥股份公司4#水泥磨生产线的自动化控制系统中应用Profibus-DP现场总线取得了很好地运行效果。

　　（1）Profibus-DP总线满足了对自动化系统功能的各项要求。

　　（2）运行费用和能耗均有显著的节省，可达到20％，并且使用合理。

　　（3）由于省除了大量的电缆、桥架、管路等材料，故投资可大大的减少。

　　（4）大大的降低了运行劳动强度，维护简单，维护量小，耗材少。

　　通过Profibus-DP现场总线在安庆白鳍豚水泥股份公司4#水泥磨生产线中的应用成功，随着将数字信号和模拟信号混合的系统改造为全数字信号系统的发展，PROFIBUS-DP会得到越来越广泛的应用。

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