采用西门子PLC器件和工控机实现全连轧棒材生产线的设计

1、 概述

现场总线技术是当今世界各国都在关注的热点课题，以现场总线为基础的全数字控制系统将成为2l世纪自动化控制系统的主流。何谓现场总线？根据国际电工委员会标准和现场总线基金会的定义，现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。遵循ISO的OSI（Open System Interconnection）开放系统互联参考模型的全部或部分通讯协议。开放性、分散性、低成本是现场总线最显著的基本特征．它的出现将使传统的自动控制系统产生重大变革。

南昌钢铁有限责任公司（南钢公司）全连轧棒材生产线是马鞍山钢铁设计研究院负责总体设计的一条全国产化的棒材生产线，其自动控制系统就采用了西门子的过程现场总线PROFIBUS（Process Field．bus）网络，在硬件配置、软件编程上充分应用了PROFIBUS的资源实现了工控机、PLC、远程I／O、直流调速装置、交流变频装置及现场智能仪表的通信连接，实现了真正意义上的“三电一体”，是南钢 司目前最先进的自动控制系统。

PROFIBUS—DP现场总线既简单，又便宜，并且有较高数据传送速度，采用RS485传输技术，其传输速度可在9．6 kb～12 Mb范围内选择，传输介质为双绞线或光缆，传输距离为1 200～100 In（取决于传输速度）。当总线启动时．所有连到总线上的装置应该被设成相同的速度，总线按令牌方法进行存取，即在一个逻辑环中，主站取得了在一个确定时间窗口的发送资格，在这个时间窗口内，主站与其他主站或与下一级主一从过程中的从站进行通讯。

2、 控制系统的组成及硬件配置

2．1 组成

根据工艺流程，全厂自动控制系统分为两级：过程控制级和设备控制级。过程控制级负责生产管理和过程监控，设备控制级则对轧线上所有传动设备分区进行控制。

由5台 一400 PLC和4台工控机通过高传输速度的以太网构成了本系统的过程控制级。每台PLC下设若干ET200M远程I／O站及西门子变流传动装置，它们之间通过PROFIBUS—DP现场总线网络进行通信，构成了本系统的设备控制级。整个自控系统共有4条PROFIBUS—DP网线，分别对应于1— 4号PLC。见图1。

2．2 配置

PLC：西门子 一400系列，其中1号、5号PLC的CPU选用414—3 DP；2号PLC的CPU选用416—2 DP；3号、4号PLC的CPU选用414—2 DP；

监控站：研华工控机Intel penTIum ll 450 MHz；

彩色显示器：48 cm，SVGA；

监控软件：winCC V4．0以上软件包。

3 、主站

用于主站的PLC全部使用西门子S 一：400系列，该型PLC的CPU数字处理能力强，带有内部集成的PROFIBUS—DP接口，其特点是组态灵活，速度快，操作简洁。整个系统用了5台PLC，1 4号PLC作为4个主站，对应了4条PROFIBUS—DP网线，5号PLC用于加热炉自动化仪表的控制与检测。1号PLC完成在网络状态下，加热区设备及液压站的顺序控制；2号PLC完成在网络状态下轧制区设备及轧机的顺序控制和闭环控制（主要有1～6号活套控制、1～18号轧机速度级联控制、速度补偿超前控制等）；3号PLC完成在网络状态下1～3号飞剪及剪前变频辊道的顺序控制和闭环控制；4号PLC完成在网络状态下冷床区和精整区设备的顺序控制。

4 、ET200M从站

ET200M是一种应用S1—300模块系列的模块化分布式的I／O装置，它通过接口模块IM153与PROFIBUS—DP现场总线相连。本系统用屏蔽双纹线分别将主站CPU的DP接口与各自控制区域内所有ET200M从站DP接口依次串接，在S7一40O硬件配置时。用STEP7软件为主站和从站分配总线地址。本系统中，4个主站的DP地址都是2。

本系统中，1号PLC主站有l2个ET200M从站，分别控制了1CS，2CS，8CS、推钢机液压站、出钢机液压站、粗轧、中轧、精轧、轧机液压站和MCC（一）（低压配电柜）的I／O点，这些从站的DP地址为3～14；2号PLC主站有一个ET200M从站，控制了3CS上l～ 18号轧机操作的I／O点，其DP地址为3；3号PLC主站也只有一个ET200M从站，控制了3CS上1～3号飞剪操作的I／O点，其DP地址为3；4号PLC主站有7个ET200M 从站，分别控制了4CS，5CS，6CS，7AOC、冷床液压站、精整液压站和MCC（二）的I／O点，其DP地址为3～9。每个ET200M从站可扩展8块S7一300 I／O模块，在硬件配置时，STEP7为各个I／O模块分配了输入、输出地址，而且从站上的I／O模块地址与主站机架上的I／O模块地址具有相同的意义，编程时无须考虑输入、输出点是在主站上还是在从站上，因而ET200M从站分散了主站PLC上的输入、输出点，减少了主站基槽上的I／O模块。因为ET200M从站可以安装在现场、操作台等处，所以节省了大量的电缆，同时也提高了整个系统的可靠性和抗干扰能力。

5、 直流调速系统6RA70从站

本系统共有27台6RA70系列直流调速装置，分别控制了出钢机、1 18号主轧机、1～3号飞剪、夹送辊、冷床、冷床移送链、冷床升降链、3号精整运输链的直流电机。每台6RA70直流调速装置通过CBP通讯模板挂接在PROFIBUS—DP网上，作为从站，受S1—400 PLC主站的控制，数据在PROFIBUS—DP网上实现主站和从站之间的快速、精确传输。

PLC通过CBP访问6RA70从站的网络数据结构为参数过程对象PPO（Parameter Precess data Object）形式，有5种类型PPO：无参数，而过程数据为2个字或6个字（PPO3和PPO4）；有参数，且过程数据为2个、6个或10个字（PPO1，PPO2和PPO5）。硬件配置时可以用STEP7软件根据系统在PROFIBUS—DP现场总线上传输的数据类型、数量选择适当的PPO类型。本系统中，1号PLC主站对应的1号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据结构设置为PPO3方式；2号、4号PLC主站分别对应的2号、4号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据结构设置为PPO4方式；3号PLC主站对应的3号PROFIBUS—DP现场总线将6RA70从站网络数据结构设置为PPO1方式。

6、 结语

综上所述，南钢公司棒材厂生产线自控系统充分运用现场总线及网络技术，将PLC与PLC，PLC与分布式I／O从站、PLC与6RA70全数字直流传动装置连接起来，实现快速、准确的控制，在南钢公司的自动控制系统的应用史上是首次。随着现场总线及网络技术的不断发展、普及，这一技术将会更加广泛、深入应用于南钢公司其它生产线自动控制系统，使企业自动控制水平迈上新台阶。