0 引言

某廠粗軋機系統由傳動、壓下、潤滑、稀油等幾個部分組成，在控制上采用整體控制，實現設備運行、人員操作的可靠、安全、簡單化。利用Profibus-DP總線技術，把各個分散的不同功能的泵站、操作臺、操作箱整合為一個S7-300控制系統是解決軋機系統控制的最好方法。在控制系統中S7-300主站、各個ET00M分站、觸摸屏是整個粗軋機系統的控制核心部分。主要用來收集和傳輸現場檢測信號，對各個泵站的參數(如壓力、溫度、液位等)進行精確控制。通過上位機監控系統，操作員實時了解各站的運行參數并進行相應的工藝操作。

1 Profibus-DP在粗軋機控制系統中的應用

1.1 Profibus網絡結構

圖1所示為某軋機過程控制中的Profibus-DP網絡結構。

1.2 系統硬件組態

粗軋機系統由1臺上位機(DPM2)、1個Pronbus-DP主站(DPMl)、Pronbus-DP從站及現場設備組成；Pronbus-DP總線將所有主站和從站連接成一個完整的過程控制網。

1臺上位機主站采用研華工控機，通過以太網和西門子通信模塊CP343使工控機與現場總線相連。這樣工業PC機與現場總線網就連接成為能完成組態、運行、操作等功能的完整的控制網絡系統。1個Profibus-DP總線主站即為CPU315—2DP的S7—300 PLC，CPU315—2DP是西門子公司推出的一款適合于中等規模控制系統的PLc，其可擴展性好，通信能力強。CPU315—2DP帶2個通信接口：一個符合EN5170標準的Profibus-DP接口和一個MPI接口。通過這2個接口可以實現Profibus、工業以太網系統和MPI等通信。Profibus-DP接口使用九針D型插頭。

Profibus-DP從站包括：

1)采用西門子6RA70系列直流調速裝置的直流傳動系統6個(開卷傳動裝置2個、卷取機傳動裝置2個、主機傳動裝置2個)、采用西門子MM440全數字交流變頻裝置的交流傳動系統(矯直機傳動裝置1個)，交直流傳動裝置通過CBP通信板與Profibus-DP現場總線連網，大大減少了電纜使用量，降低了建設成本，還為系統提供了更大的靈活性和擴展性。并且通過中央控制單元PLC將所有傳動點連接在Profibus現場總線上，采用網絡數字速度給定和脈沖編碼器速度反饋，構成全數字傳動系統。一方面迅速響應操作員發出的操作指令，另一方面與傳動設備進行高速數據通信，以便PLc根據傳送上來的電動機電流、電壓的實際大小及時作出必要的處理。

2)機柜控制系統6個(電磁閥柜、潤滑泵站柜、左操作箱、右操作箱、開卷操作臺、主操作臺各1個)，均采用分布式I/O模塊ETooM，配合Profibus-DP接口，與主站之間通過屏蔽雙絞線傳送數據。I/O模塊下的電磁閥、氣動閥和傳感器等連接到現場設備，I/O模塊按主／從模塊向現場設備提供輸出數據并向主站或上位機饋送數據。將接近開關、操作按鈕、編碼器、電磁閥、泵站電機等現場設備分組連接至開卷操作臺、主操作臺、左右操作箱、電磁閥柜、潤滑泵站柜等分布式I/O中，完成現場設備控制及設備間聯鎖控制。

3)現場總線數顯表8個，用來顯示系統需要的左右卷卷徑、速度、張力、電流等參數。

4)Eview觸摸屏2個，分別用在左右操作箱來設置或顯示操作員需要的輥縫、厚度、張力、速度、電流、卷徑等參數并操作機前與機后的分段冷卻。

系統硬件組態首先啟動STEP7，按照向導生成一個項目，并在該項目下點擊右鍵插入SIMATIC300station。雙擊Hardware選項進入Hwconfig窗口，在catalog中按照硬件實際安裝秩序和訂貨號插入機架、電源、CPU、I/O模塊等進行硬件主站組態，在插入CPU的同時會彈出Profibus組態界面，新建Profibus-DP網絡并按軟件組態的要求進行參數設置即可。

然后是DP從站的組態。例如在Catalog中Profibus-DP SIMOVERT目錄下選擇MICROMASlER 4子目錄下的0PKW，6PZD(PPo4)，并按照軟件組態的要求進行站號地址設置即可，這樣就組態好了采用西門子MM440全數字交流變頻裝置的交流傳動系統(即矯直機傳動裝置)，如圖2中DP網下的(3)所示。6個采用西門子6RA70系列直流調速裝置的直流傳動系統的組態在Catalog中Profibus-DPSIMOREG目錄下選擇正確的過程數據對象(PPO5)，并按照軟件組態的要求進行站號地址設置即可，組態后如圖2中的(4)～(9)所示。然后是6個分布式I/O模塊ET00M的組態，在catalog中Profibus-DP DP I/O slaves目錄下進行組態，如圖2中的(10)～(15)所示。現場總線數碼顯示表組態如圖2中(16)～(20)和(23)～(25)所示。Eview觸摸屏的組態如圖2中(21)和(22)所示。

系統硬件組態如圖2所示。

1.3 系統軟件組態

Wincc工作站與S7-300 PLC之間的數據通信硬件連接建立后，還需要在軟件方面進行配置。該系統采用SIMATIC S7-300的編程工具STEP7M，完成硬件組態、參數設置、PLC程序編寫、測試和調試，在主站S7—300PLC上，要對DP進行組態，通過STEP7軟件包結合PrfibusDrive的定義程序來進行站號設定，主站PLc設為2，設定Profibus-DP主站通信速率為187．5 kbit／s。組態的關鍵是正確地選擇Profibus-DP的方式，即PPO的類型。在從站上，同樣要正確地組態通信參數。從站站號依次設為3，4，5，6，7，8，9，10等。從站為分布式I/O模塊ET00M時，不需要單獨編程，只需將模塊的BuS開關設置成與站號地址一致即可。

1.4 WinCC監控系統

上位機軟件采用sIMA-11c WinCc組態軟件，該軟件是一個基于多任務、多平臺、實時性好、開放性好的集成軟件包，具有良好的開放性和靈活性，組態簡便、高效，內置所有SCADA功能。提供了適用于工業的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模板，也提供了實時過程監控、報警和報警管理、歷史趨勢查詢、多級安全管理、方便的系統擴展、網絡等功能，集成了COM/DCOM、OPC、VBA、Activex等先進的現代軟件技術，使所有的應用組件都可以無縫集成到一個系統中，并且數據可以很方便地在網絡上共享。高性能的過程耦合，快速的畫面更新，以及可靠的數據使其具有高度的實用性。

監控系統人機界面簡潔明了，能使操作人員直觀地了解現場工作的狀況，同時通過設備工作狀況的動態模擬還原現場的實際情況，使監控界面更加直觀。畫面合理的布局設計，管理菜單和控制操作菜單合理的劃分，使整個界面清晰、美觀，并且方便操作員操作，充分反映出現代化企業車間生產控制操作的應用特點。

粗軋機系統中，需要監控的設備和數據比較多，不可能都顯示在一張畫面上，所以按照工藝的不同功能分別放在多張畫面內，并將畫面對象連接到已創建好的外部變量，這些變量可以和S7—300PLC進行數據通信，即相當于畫面中各對象與現場設備相連，以此來實現實時在畫面上監視和控制現場設備。大電壓、大電流下運行，使本身的溫度也迅速升高，導致損壞。

根據現場情況及上述分析，電壓互感器損壞的原因應該為鐵磁諧振所致。

2 結論

經過軟、硬件的組態后，就形成了整個粗軋機系統的Profibus-DP通信網絡，通過主站對從站的通信控制實現了軋制過程的自動控制。系統使用西門子通信模塊CP343，通信距離有限制，如果PLC柜到主操作臺的電纜溝距離較長，會存在與工控機通信不上的問題。另外現場安裝過程中，要注意現場各類干擾源以及接地系統對總線通信的影響。該粗軋機系統將總線技術與西門子PLC相結合控制現場設備，組成了實時、可靠的全集成自動化控制系統，滿足各種工藝需求，對于生產工業自動化發展具有積極意義。實踐表明，該系統具有簡單實用、運行穩定可靠且操作維護方便等優點，為企業取得了良好的經濟效益。