浅谈PROFIBUS总线在泰安中联水泥厂的应用

杨子善(南京凯盛国际工程有限公司，南京 210036)

浅谈PROFIBUS总线在泰安中联水泥厂的应用

杨子善
(南京凯盛国际工程有限公司，南京 210036)

本文主要介绍PROFIBUS技术在水泥厂的应用，将详细阐述DP和PA总线技术在水泥生产自动控制系统中的典型应用。

PROFIBUS-DP；PROFIBUS-PA；总线技术；水泥厂

1 项目简介

泰安中联项目是南京凯盛设计承包的5000t/d新型干法水泥生产线，系统配套双系列六级旋风预热器、在线双喷腾式分解炉、两档短窑等一系列的新型干法水泥生产工艺，集成应用数字化矿山开采、自动配料、窑磨智能控制等信息技术，将矿山、生料、烧成、粉磨等多个子智能系统集成为短流程全自动水泥智能制造系统，是水泥工艺流程布局一次突破性变革。在2015年7月24日，工业和信息化部公布了“2015年智能制造试点示范项目”名单，泰安中联水泥有限公司的水泥智能工厂项目，成为水泥行业首个也是唯一一个上榜项目。

2 PROFIBUS总线技术的应用

PROFIBUS 是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准。目前广泛制造业自动化、流程工业自动化和交通电力等其他领域自动化。

随着全球自动化控制技术的不断提高，水泥生产线也从传统大量人为参与的简单控制逐步的转变成只有很少人参与的复杂控制。“智能生产”正是为顺应这种现代化控制系统的变革趋势而产生的，并一举成为当今自动化控制系统的主导思想。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

在泰安中联项目中，控制系统采用ABB Industrial IT 800xA系统，现场站硬件主要由ABB AC800M控制器、光纤Modul bus通讯模块TB820-1、I/O模块、Profibus DP主站模块CI854AK01等构成。系统网络采用双星型冗余网络结构,服务器与操作站采用以太网连接。为保证通讯的安全可靠，室外网络传输都采用光缆，服务器与控制器之间即为光纤转以太网通讯。现场大部分设备采用DP总线与控制器连接。以下就本项目中所应用到的支持DP、PA通讯协议的现场设备与DCS系统之间的通讯做简单介绍。下图为控制系统配置见图1：

1）PROFIBUS-DP通讯的应用：

Profibus-DP采用RS485接口，Profibus 通讯协议。以其传输速度快，数据量大以及良好的扩展性等特点，成为目前广大用户普遍采用的通讯协议。

本项目所有低压电动机、高压电动机、生料磨控制柜、篦冷机液压传动PLC柜等设备均采用Profibus DP通讯；下面以普通恒速正反转电机为例简单介绍一下，电机的基本控制回路如图2所示：

本项目低压电动机采用西门子SIMOCODE pro 智能型电机保护控制器,安装在低压开关柜中，其主要包括电流/电压检测模块、基本单元、操作面板等组成。控制单元通过电流/电压检测模块采集动力回路中的电压电流信号，通过分析该信号来监测电机的工作运行状态，并通过内部设置电机参数以及故障停机要求，DCS系统通过Profibus-DP总线与基本控制单元进行信息交换（DCS系统通过Profibus-DP传送正反转启停命令，同时读取SIMOCODE控制器电动机运行状态、电流、功率等信号），便于整个系统的控制和监测。

图2 电机控制回路图

使用Profibus-DP总线控制电动机与常规控制相比：大大优化了PLC 和电机起动器之间的连接，提高了设备可用性，使系统的起动、运行和维护费用大大降低。通过总线把整个电机起动器集成到过程控制中，大大降低了电机起动器和 PLC之间的接线费用。通过电机保护控制器中可组态的控制和监控功能，分布式控制自动化过程，节省了自动化系统中的资源；通过采集与监控电机保护控制器和过程控制系统中的运行、维修和诊断数据，提高了系统的可用性以及维护和检修的友好性。

2）Profibus-PA通讯：

本项目中我们使用单DP/PA耦合器总线式结构，采用LINK+Coupler方式。在组态网络时LINK作为DP从站占据一个DP地址，耦合器不占用地址，组态的时候也不需要考虑到耦合器。所有PA设备均作为LINK的从属，独立于Profibus-DP单独进行编址，称为PA地址。全厂温度压力等仪表选用智能化仪表，采用Profibus-PA总线通讯。其原理是输入变量通过传感器 (1) 转换成电信号，经前置放大器 (2) 放大，并在一个模/数转换器 (3) 中数字化。 数字信号在一个微处理器内计算，校正其线性度和温度响应并通过PA 接口 (7) 转换成PROFI-BUS PA现场总线信号；PA总线通过CI854AK01以及DP/PA Coupler模块挂在DP总线上使其转换成DP协议，从而实现现场设备数据均通过Profibus-DP协议统一传送。电路原理如图3.

图3 Profibus-DP总线与PA仪表电路原理图

结论

泰安中联项目生产线设计全线配备在线智能仪表和设备，PROFIBUS 总线在自动控制系统中应用于温度、压力、马达控制器、高压柜微机保护以及大型设备（立磨、辊压机、篦冷机等）的数据采集以及控制，并建成大数据、智能控制等信息系统，确保全厂设备自动控制及监测，生产工艺数据自动数采率达100%。 PROFIBUS 总线技术可以大量的节省电缆铜耗、模块数量、更重要的是可以在线采集更全面的数据，同时加强信息管理和服务，利用网络化分布式的生产设施提高生产过程的可控性、减少生产线上人工的干预、即时正确地采集生产线数据，并加上绿色智能专家优化系统、在线模拟仿真技术，构建了一个高效节能、绿色环保、环境舒适的水泥智能工厂。

[1]SIEMENS PROFIBUS DP&PA SIMENS技术文献

[2]SIMATIC DP/PA 耦合器，有源现场分配器 SIMENS技术文献

TQ172

B

1007-6344（2016）04-0006-02

杨子善，男，1979年7，山东郯城，本科学士，汉，南京凯盛国际工程有限公司，水泥生产供配电及自动化控制