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PROFIBUS-DP在轧钢电控中的应用

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广东韶关钢铁集团有限公司（以下简称“韶钢”）炼轧厂对轧线电控系统进行升级改造，在原有电控系统中，直流传动采用模拟量调节系统，控制系统为SIEMENS公司S5系列PLC，控制系统与传动系统间的信息交换采用点对点I/O实现，经改造后的传动系统采用SIEMENS6RA70全数字直流调速装置，控制系统采用GEFanuc90系列PLC，两者间的信息交换采用PROFIBUS-DP通信网实现。

PROFIBUS根据不同的控制要求有多种系列，其中PROFIBUS-DP可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，用于连接PROFIBUS-PA和加工自动化。采用RS485通信标准，传输速率从9.6Kbit/s到12Mbit/s，传输距离100～1200m（与传输速率有关）。物理介质通常采用双绞屏蔽电缆，总线接头采用9针D型插头接线，方便简单、容易扩展。其数据链路协议是主从方式的令牌传递，主站与从站之间以主从方式通信，各主站之间由令牌协议决定总线数据发送权。具有反应速度快，抗干扰能力强等优点。

棒材生产线的设备流程及控制特点

1．主轧线工艺简介

韶钢炼轧厂棒材生产线设计年生产能力为100万t，可实行双切分、三切分轧制，产品规格为Φ12～40mm范围内的圆钢和螺纹钢。

主要的工艺设备有：主轧机（18架）、飞剪（3台）、冷剪、冷床、冷床辊道等。工艺流程见图1所示。

图1 主轧线工艺流程

2．技术特点

在韶钢炼轧厂棒材线原电控系统中，直流传动采用模拟量调节系统，控制系统为SIEMENS公司S5系列PLC，控制系统与传动系统间的信息交换采用点对点I/O实现。由于受信息交换量的限制，缺乏对系统的全面监控和诊断功能，造成系统维护不便，增加了故障处理时间，也降低了生产线的作业率。
改造以后，1#～18#轧机传动系统采用SI—EMENS6RA70全数字直流调速装置，夹送辊传动系统采用SIEMENSMM440全数字交流变频装置，它们通过PROFIBUS网实现与GEFanuc90-70PLC的通信，采用网络数字速度给定和脉冲编码器速度反馈，构成全数字传动系统。该系统具有如下特点：

1）交直流传动装置通过CBP通信板与PROFIBUS-DP现场总线连网，大大减少了电缆使用量，降低了建设成本，还为系统提供了更大的灵活性和扩展性。

2）根据轧材精度要求高的特点，各传动点上采用了旋转编码器测速方式，以提高速度控制精度。

3）通过中央控制单元PLC将所有传动点连接在PROFIBUS现场总线上，通过DP高速总线，一方面迅速响应操作员发出的操作指令，另一方面与传动设备进行高速数据通信，以便PLC根据传送上来的电动机电流、电压的实际大小及时作出必要的处理。

4）为保证传动系统的整体稳定性和可靠性，1#～3#飞剪未挂接主轧线PROFIBUS-DP现场总线网。

控制系统的组成及共配置

1．现场设备层硬件配置

系统控制分以下三个部分，硬件设备层如图2所示。

1）控制核心。GEFaunc90—70PLC（CPU935带浮点运算）构成PROFIBUS—DP网的主站，完成系统控制。

2）传动系统。1#～18#机架以及1#～3#飞剪采用SIEMENS6RA70全数字直流调速装置，夹送辊采用SIEMENSMM440全数字交流变频装置，构成PROFIBUS-DP网的从站，完成主轧线轧钢控制。

3）监控站。研华IPC—610P/PCA-6186LV工控机，采用GEFaunc公司的HMI-CIMIPLICITY软件平台，具备全线设备监控、参数设定、轧件跟踪、故障诊断、模拟轧制、趋势分析等多项功能。

2．现场设备的软件构成

根据上述硬件结构，整个生产控制软件分为工控机软件和PLC软件两部分，在工控机预装Windows2000操作系统，运行GEFaunc公司的HMI-CIMIPLICITY软件，通过其组态完成工控机与PLC的链接。

PRCFlBUS-DP现场总线的通信

PROHBUS-DP是以令牌传递方式工作的总线，即在一个逻辑环中，主站成为一个确定时间窗口的令牌保持者，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能与其他从站通信。PROHBUS-DP主要使用主从方式，通过整流调速装置以及变频器配备的CBP通信板，周期性地与从站进行数据交换，传动装置作为从站有惟一明确的站地址。

传动装置的CBP通信板定义了可用数据的结构，可用数据被划分为2个区域（PZD和PKW），它们以各自报文进行数据传送。过程数据区PZD定义控制字和设定值（任务：主站到传动装置）或状态信息和实际值（响应：传动装置到主站），参数区PKW读出故障和一个参数的特征信息（如轧机的基速和最大转速）。

PLC通过访问报文PKW部分，可以观察和更改传动装置任意参数，通过访问报文PZD，实现控制字和设定值或状态字和实际值的传输。为了保证信息的对应性，PLC在编程时对相应的寄存器要进行字节交换，而传动设备在向网络发送数据之前要对其数据进行加工。因此PLC要对传送上来的速度、电压等变量进行量纲变换后才能使用。

1．6RA70直流调速装置网络通信字内容设定

（1）CBP通信板设定

通信板CBP是小板，附着在6RA70的ADB板上，PC机需要数据文件SIEM8045.GSD。

通信站号地址设定，PLC对应相同站号地址。

（2）PLC到传动的通信设定

Wordl-4作为PKW参数使用，无意义；Word5控制字P648.02=3001（K3001）；Word6速度给定P644.02=3002（K3002）；WOrd7～Word8，Word10=0不用；1～14#机架：Word9第0位为“1”励磁反向控制。

（3）传动到PLC的通信设定

Word1～4作为PKW参数使用，无意义；Word 5状态字1；Word6当前故障码；Word7传动的速度反馈；Word8传动的实际电流反馈；Word9传动的实际转矩反馈；Word210传动的数字输入。

2．MM440变频装置网络通信字内容设定

该装置完成对出炉侧（粗轧前）夹送辊的传动任务，也附带一块CBP通信板。站号地址设定P918-21（传动D21）。

上位机PROFIBUS网配置文件装载Siem08b5.gsd文件，通信字类型：OPKW+4PZD（只需4个通信寄存器）。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/3/2007)


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