现场总线Profibus－DP在Φ400管端定径机自控系统的应用

陈春梅，王立民，刘力鹏

（1．天津赛瑞机器设备有限公司，天津 300302；2．河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

现场总线Profibus－DP在Φ400管端定径机自控系统的应用

陈春梅1，王立民1，刘力鹏2

（1．天津赛瑞机器设备有限公司，天津 300302；2．河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

采用传统的收集现场数据的做法使设备成本大增、安装与维修不便、控制精度低。阐述了Profibus－DP现场总线和工业以太网在自动化系统中的实际应用及优势。

Profibus－DP；工业以太网；西门子S7－300

现场总线技术因其巨大的技术优势，在工业控制系统得到广泛应用。它主要解决了传统控制系统信息量有限集成能力不强、开放性、可靠性不易保证等问题。Profibus可实现最高12Mbps的数据传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，Profibus－DP采用了统一的国际标准，使不同厂家的硬件、软件、通信规程、连接方式等互相兼容。这对于用户的操作、维修、扩展十分有利。

1 Profibus－DP现场总线技术简介

管端定径机为自动化控制生产设备，生产现场使用大量的智能仪表和测量设备等，传统的通信方式是现场仪表与控制室之间一对一的接线，这样不仅增加电缆的成本、安装和维护费用，还有信号的可靠性常常达不到要求，影响生产效率。因此我们选用PROFIBUS－DP现场总线技术，使现场仪表、传感器等可就近接入现场操作台内，从而减少大量接线与电缆长度，提高传送数字信号的可靠性和抗干扰能力，增加控制精度，大大简化自动化系统结构，提高操作和生产的可靠性。

Profibus－DP现场总线技术是开放式、数字化、多点通信的底层控制网，以现场总线为纽带，可以把单个分散的测控设备变成网络节点，形成底层现场智能设备与高层的系统信息共享，满足工业控制体系分布化、扁平化和智能化的发展要求。Profibus－DP适用于高速数据传输，尤其适用本案例中设备级控制系统与分散式I/O的通信。

2 项目架构

现场被控设备有1台管端定径主机、2条运输辊道、拨料装置等。管端定径主机的定径行程和压力由工控机设定和显示，行程由安装在主机上的直线位移传感器反馈显示，PLC通过控制主机的比例阀使主机的压力达到我们的设定值。辊道是通过控制变频器的频率来改变辊道运输速度。拨料装置上安装有传感器，通过传感器反馈电流变化来控制拨料装置的升降。因为被控对象较多且分布较散，所以监控系统必须是彻底的分散和分布。

3 PLC网络系统

整个系统由两层网络构成：分别是现场设备层、监控层。现场设备层是以Profibus－DP总线为基础，现场设备互连，集成了PLC系统的现场层分布式控制网络Infranet；监控层是处于工业以太网Ethernet中，从现场设备中获取数据，完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能，另外还包括控制组态的设计。它通过专门的现场总线转换器实现现场总线网段与以太网段的连接，这种方式使系统配置更加灵活，实现分布式网络环境下的自动化系统。

为何要使用Ethernet，因为现场总线是专为工业现场层设备通信设计，它只解决了底层自动化系统的信息集成问题，并不适用于传输较大量的数据。而以太网设计初衷就是用于数据处理的办公网，工业以太网可以达到很高的通信速率。利用以太网的优点，结合PLC控制器及现场总线，就可以构成全分散、全开放的集散控制系统。

3．1 自控系统网络建立

3．1．1 现场层

Profibus－DP总线构成整个底层控制网络分别对各被控对象的生产过程进行实时控制，总线包含PLC总站和DP从站。该例中以西门子SIMATIC S7系列PLC作为Profibus总站，PLC通过交换机挂在Ethernet上；智能传感器、执行器、变频器等现场级设备等作为从站，采用Profibus－DP协议对现场级设备、Profibus－DP通信模块、扩展I/O模块等与PLC进行通讯。若需增加被控对象，可根据实际需要在以太网上扩展PLC站（或别的主站）形成新的总线即可，不影响已组建好的PLC站和各路总线。

3．1．2 监控层

由一台工控机组成，可根据实际需求增设，互不影响。通过Ethernet与各PLC站相互通信。工控机装有Step7控制软件，该软件是西门子SIMATIC S7系列PLC的配套软件，负责系统的硬件配置组态、软件编程、参数设置等。完成上位机站与下位机PLC站的通信，需要使用Step7软件给Ethernet通信的各CP模块分配好IP地址。监控站装有与西门子系列PLC配套的WinCC监控软件，实现系统的软件组态，即数据采集、数据记录、数据管理、报警、趋势、打印报表等工作。各操作员可通过操作终端详细了解各设备运行情况，实现对现场设备的实时监控，实现自动控制。

3．2 系统配置及设备选型

系统采用Profibus－DP现场总线的典型应用产品，SIEMENS与ABB公司产品。

3．2．1 系统配置。

主站选择。选择S7－300系列的CPU 315－2 DP作为主站，它备有一个DP和MPI接口，速率为9．6kbit/s 12mbit/s，数据传输1200m，可连接I/O数目：DI/DO1024 AI/AO 128。 CP 343－1通讯卡实现PLC与Ethernet的相连。

从站选择。ET200M IM 153－1作为DP远程从站，通过Profibus－DP总线与PLC主站通信，ET200M从站上挂有7个I/O模块。运输辊道由ABB公司ACS800系列变频装置控制，该变频器是全数字变频调速装置，具有通过V/F特性曲线的频率控制和矢量控制功能，可构成开环或闭环调速系统。ACS800系列变频器分别与ET200M站的I/O模块通信，与PLC之间实现数据交换。

3．2．2 控制方案的效果

为了调试与维护方便PLC站点设置有手动、半自动和自动控制方式。工控机通过Ethernet与各PLC站相互通信。人机界面监控系统可完成功能有：

（1）主机概要画面：主机及系统的主要参数。

（2）液压系统监控：液压系统所有电磁阀的运行状态监视。

（3）定径速度设定：完成管端定径机压力和行程的设定及显示、运输辊道速度设定及显示。

（4）传动系统监控：完成变频器的运行及故障状态模拟显示。

（5）故障监控：压力报警、液压站运行故障、变频器故障等监控。

4 结语

Profibus－DP现场总线在覫400管端定径机自动化控制系统中应用后，设备各个部分按功能单独集中控制，方便了设备的维护管理及故障处理。设备在安装方面也变得十分简单，机械定好位后只需简单的总线联结，减少安装工作量。现场总线作为工业控制网络在工业控制系统中发挥越来越独特的优势作用。

［1］巫松桢．电气工程师手册［K］．北京：机械工业出版社，2000．

［2］张少军．通信与计算机网络技术［M］．北京：机械工业出版社，2003．

［3］李英颖．现场总线在水厂自控系统中的应用［J］．国内外机电一体化技术，2008．

The use of Profibus－DP in the full automatic manufacture line ofΦ400 pipe end sizing stand machine

CHEN Chun－mei1， WANG Li－min1， LIU Li－peng2
（1．Tianjin SERI Machine＆Equipment Co．Ltd，Tianjin300302，China；2．Hebei Research Institute of Investigation＆Design of Water Conservancy＆Hydrepower，Tianjin300250，China）

Collected data in a traditional way will increase the cost of device，it will also bring a lot of trouble in mounting and maintaining．The most important thing is Control accuracy can not be guarantee．This paper is talking about the practical application and advantage of Profibus－DP and Ethernet．

Profibus－DP； ethernet； SIEMENS S7－300

TP23

A

1672-9900（2010）05-0071-02

2010－10－13

陈春梅（1982－），女（汉族），内蒙古包头人，电气设计师，主要从事冶金设备电气研发、设计及调试工作，（Tel）13682063186。