基于Profibus-DP现场总线的板坯传动系统_总线技术

基于Profibus-DP现场总线的板坯传动系统

点击数：7427 次录入时间：03-04 11:52:16 整理：http://www.55dianzi.com 总线技术

前言

随着微处理器的技术发展和广泛应用，出现了智能化设备，其实现了信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能，使原来由主控计算机完成的一些任务被分散到了控制对象当中。同时计算机在速度、稳定性、可靠性等性能上的不断提高，为主控计算机与被控设备之间高速度的、高精度的、高稳定性的、高可靠性的及其便利的操作性和维护性带来可能，从而催生了现场总线技术。如今以数字信号为传输特征的分布式控制系统(DCS，Distributed ControlSystem)代替以模拟信号为传输特征的集中控制系统已是大势所趋。

虽然现场总线发展至今已有二十多年的历史，但尚未形成统一的标准。绝大部分市场仍由几大知名厂商占据。其中Profibus以Siemens公司为主要支持者，并成立了WorldFIP国际用户组织。本文介绍了以Siemens 公司PLC 及变频器为相关设备的现场总线应用。

1 Profibus-DP结构与技术特点

Profibus是一种成熟的有着广泛客户支持的现场总线技术，业已成为德国国家标准DIN19425和欧洲标准EN50170，广泛地应用于制造业自动化控制，过程控制，楼宇自动化，交通，发电与输配电等领域。

Profibus是以ISO7498 为基础，以开放式系统互连网络OSI(Open System Interconnection)作为参考模型，定义了物理传输特性，总线存取协议和应用功能。由于只采用物理层，数据链路层DDLM，和应用层，所以成就了它的高速性和经济性。Profibus 由三个族系构成，即Profibus-DP(Decentralized Periphery，分布I/O 系统)，Profibus-PA(Process Automation ，现场总线信息规范)，Profibus -FMS(FiELDbus MessageSpecifICation，过程自动化)。Profibus-PA专为过程控制而设计;Profibus-FMS 应用于车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络;而本系统采用的Profibus-DP是一种高效的，经济的，用于控制系统与分散式I/O设备之间的通讯。使用Profibus-DP模块取代24 V或4~20 mA的串联式信号传输。直接数据链路层DDLM 提供的用户接口，使得对数据链路层的存取简单方便，是一种优化了的设计。传输介质可以采用RS485传输通讯电缆或光纤，出于钢铁公司现场环境和工艺对数据速率的要求及经济性考虑，本系统采用的是RS485电缆。

2 传动系统

本系统是邯钢连铸连轧厂热板坯生产线系统的一部分，隶属加热炉系统。连铸连轧薄板坯生产线系统主要由四个重要区域组成，分别为连铸区，加热炉区，轧制区，卷曲区。加热炉区负责两项任务，一是把连铸出来的坯子加热到工艺要求的相应温度，这项任务由温度控制系统完成;二是把热板坯传送进入轧机并达到轧机要求的相应入口速度，此项任务由传动系统来完成。传动系统要接受两个接口的信息来确定所采取的动作，一是连铸机要询问加热炉内坯子的占有情况并做出相应处理;二是当轧机需要坯子时，需要询问加热炉坯子所在的位置，加热炉作回应，加速或减速辊道电机。坯子的位置通过系统计算和光电管检测修正来确立。系统基本原理流程如图1所示。

3 网络硬件及组态

系统由S7416-2DP 接IM467 接口模板作为Profibus-DP 的主站，接CBP 模板的mm440 作为Profibus 的从站，PG(编程器)/PC 以网卡CP5611，S7416-2DP以MPI接口互连于MPI网络，PG得以访问S7416-2DP，修改，监视变量。S7416-2DP 以CP433-1 通讯网卡，HMI 计算机以网卡cp1613 互连于工业以太网络。PLC 通过IM467 接口模板接Profibus 通讯电缆RS485，终端通过连接器与变频器的CBP 模板连接，构成现场总线传动控制系统。

S7416-DP通过Profibus-DP 协议发送控制字给变频器和读取变频器的状态，以实现对三相异步电动机的控制与状态的读取。网络结构如图2 所示，其中Temp- control为温度控制系统PLC。

组态由软件step7来完成，在SIMATIC MANAGER建立项目，插入主站s7400，在HWconfig 进行组态，按照定货号和硬件安装顺序依次插入机架，电源，CPU，接口模块等。为IM467建立新的Profibus网络，添加变频器，选择PPO 类型，设置IM467 为Profibus-DP 主站，变频器为Profibus-DP 从站，在相关属性中设置地址。组态如图3所示。

4 从站配置

4.1 通讯报文结构及选型

主站与从站的通讯报文结构由协议帧头、中间数据区、协议帧尾组成。变频器作为通讯从站在中间数据区定义了通讯用的PPO类型，PPO 类型由PKW和PZD两部分组成。PPO类型是各大知名厂商为了支持传动驱动设定的行业规范，以达到驱动装置的互换性，目前PPO 类型一共有五种，PPO1—PPO5。

mm440只支持PPO1型和PPO3 型，对本系统的多变频器控制也可以选择PPO2型，其结构如图4。

图4中，每个一个灰色方块均代表一个字的空间，其中PPO1型通讯报文为6 个字(4PKW+2PZD);

PPO2 型通讯报文10 个字(4PKW+6PZD);PPO3 型通讯报文两个字(2PZD)。图中各标识的含义为：

PKW，参数标识符;PZD，过程数据;PKE，参数标识符;IND，索引;PWE，参数值;STW，控制字;ZSW，状态字;HSW，主设定值;HIW，主实际值。PKW当中包含一些读写请求，有无数据分组，参数号，分组代码等相关信息。当PLC 输出，第一个字为控制字STW，第二个字为主设定值HSW。当PLC 输入，第一个字为状态字ZSW，第二个字为运行反馈值HIW。

4.2 变频器通讯地址设置

西门子变频器的通讯地址除了在硬件组态度中设置之外，还可通过现场通讯模板DIP 开关或者参数P918来设置。DIP 开关具有比P918 更高的优先级。DIP有七个开关，从左到右为1—7，1为最低位，7为最高位，有效范围1—125。

4.3 信息的存储发送及读写

PLC 与变频器之间的信息的传输通过I/O 过程映像区来完成，每个变频器对应独立的区，长度与PPO类型的选择有关，本系统选择PPO2型，10 个字共20个字节，配置可以在属性中进行，如图5所示。