PROFIBUS现场总线在无缝钢管厂中的应用

CPU315-2DP最大的从站数量为12台，超过这个数量将使网络传输信号失败。在减径机区中作为从站的设备数量达到24台，当通过工业以太网交换机(ESM)对减径机区上位机WINCC采集信号时出现了信号丢失，最终本系统的CPU改为CPU317-2DP（最大的从站数量为30台），从而实现了减径机区信号的有效交换。当需要扩展总线的长度或PROFIBUS从站数大于32个时，应加入RS485中继器。系统传输速率为1.5Mbit/s时，PROFIBUS现场总线最大的长度是200m，减径机区要求PROFIBUS的长度为500m，这样扩展到500m,就需要加入两个RS485中继器，这就可以同时满足长度和传输速率的要求。在140机组无缝生产线的减径机区、冷床区、轧管机区均采用了RS485中继器[2]。

图1 减径机硬件组态
3 控制系统软件功能实现
生产管理级的人机界面HMI、工程师站系统均配以WINCC 6.0工业组态软件。可以实现对整个减径机的在线监控，工艺生产参数设定、各种历史数据的存储分析，并形成各种历史趋势记录曲线，为设备故障、质量生产事故分析提供依据；对减径机等设备进行必要的操作控制、参数设定修正，动态的显示图画图表，同时具备故障报警、显示、存储及打印等功能。
基础自动化级配置STEP 7 V5.3编程软件。完成功能：手动／自动/检修、操作台/机旁操作箱等工作方式选择控制逻辑；减径区速度调整（节）方式： 减径机设备的启动、停止及紧急停车控制；手动/自动方式下速度级联调节；动态冲击速降补偿；事故连锁报警，生产联系信号；物料跟踪；主传动间微张力控制；液压、润滑、冷却辅助系统控制、联锁及报警功能；网络通讯与管理。
PLC的程序是基于STEP 7 V5.3编程软件编写的，由于STEP 7 V5.3采用了模块化的设计方法，所以在减径机区我们采用FC1―FC14作为14台直流传动装置的功能块，FC20―FC24作为辊道变频器和高压水除鳞装置的功能块。另外采用全局数据块DB1-DB4，为了整条线数管理据的统一，规定DB1为上微机WINCC的全局数据块，DB2作为变频器和直流调速装置的全局数据块，DB3 作为触摸屏TP177A的全局数据块 ，DB4作为编码器全局数据块 ，这样大大地提高了程序的可读性，减少了代码维护的工作量。
另外当CPU检测到程序处理过程中的错误和可编程控制器中的错误时，CPU会调用适当的组织块（OB）。如果相应的OB块不存在，CPU会进入STOP模式。这意味着错误的影响可以减小或根除。在减径机区的程序中使用了如下的OB块：I/O冗余错误OB70，CPU冗余错误OB72，电源故障OB81，诊断中断OB82，CPU硬件故障OB84，编程顺序错误OB85，机架故障OB86，通讯故障OB87，编程错误OB121，I/O访问错误OB122[3]。
4 结论
这种基于现场总线基础上的控制方案，系统结构得到简化。从设计、安装、投运到正常生产运行及其检修维护，都体现出该控制系统的优越性，主要表现在：第一，节省硬件数量与投资；第二，节省安装费用；第三，节省维护开销；第四，用户具有高度的系统集成主动权；第五，提高了系统的准确性与可靠性。第六，减少操作维护人员, 方便调度指挥, 取得了显著的经济效益。总之,Profibus-DP现场总线的成功应用, 不仅降低成本, 简化控制系统的配置,而且提高了系统运行的可靠性，尤其是其灵活全面的故障诊断能力及网络通讯能力, 方便了施工、调试和维护, 使系统综合运行成本大幅减少, 系统性能大幅度提高。不仅使控制系统的档次跨上了一个台阶, 而且为天津无缝钢管厂控制系统的综合调控改造打下了良好的基础。本技术已成功的应用在天津市无缝钢管厂140机组，并于2006年4月18日全线顺利投产。


参 考 文 献
[1] 崔坚.西门子工业网络通讯指南. 北京:机械工业出版社，2005.6,
[2] SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制书本型变频器 西门子电气传动有限公司（SEDL），2004.5
[3] 西门子(中国)有限公司.SIEMENS STEP7 V5.3编程软件