（广东韶钢炼轧厂 512123）
摘要：在钢厂的控制领域中，应用PROFIBUS现场总线是集成化控制的需要。本文就PROFIBUS现场总线在钢厂控制领域的应用进行分析，着重对转炉投料系统进行研究。
关键词：现场总线；钢厂控制；Profibus-DP;变频器
前言
PROFIBUS，是一种国际化．开放式．不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。可以说，建设现代化的数字钢厂离不开现场总线技术。转炉炼钢投料控制系统中辅原料的加入时间、加入量对钢的纯度、硬度、品种的控制有着重要的作用，因此转炉辅原料配料的及时、准确性显得尤为重要。
一、投料系统工艺及构成
辅原料投料系统共10个辅原料仓，每个仓都有2台电振机；该系统采用Profibus-DP现场总线通讯方式，10台变频器作为从站通过Profibus-DP现场总线连接到系统主站西门子S7-400PLC。
二、PROFIBUS技术概述
（一）、PROFIBUS协议模型和ISO/OSI协议模型的关系
PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准以OSI作为参考模型。但省略了3～6层，同时又增加了服务层。Profibus-DP使用了第一层（物理层），第二层（数据链路层）和用户接口，第三层到第七层未加以描述。这种结构确保了数据传输的快速和有效进行。用户接口规定了用户系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同Profibus-DP设备的设备行为，还提供了传输用的RS485传输技术或光纤传输技术。
（二）、PROFIBUS技术的体系结构
PROFIBUS技术由三个兼容的部分构成，它们分别是：（1）Profibus-DP，是主站和从站间采用轮循的通讯方式，主要适用于自动化系统中现场级和单元级通信，其通讯速率可以达到12M，并且能够连接智能马达控制器、执行结构、远程I/O、阀门定位器、人机界面HMI和变频器等智能设备。Profibus-DP的基本功能和特征：1.远程离高速通信2.分布试结构3.易于安装、开放式的通讯网络4.可靠性高、具备自诊断功能。（2）Profibus-PA，是电源和通信数据通过总线并进行传输，主要适用于面向过程自动化系统中现场级和单元级通信，其通讯速率为31.25kb/s，并且能够连接现场智能仪表；（3）Profibus-FMS，其定义了主站和主站间的通讯模型，主要适用于自动化系统中车间级和系统级的过程数据交换。
三、控制组态
（一）、闭环控制
闭环控制用于需要稳定、定量的工艺参数的控制。若测量单元故障，控制器回路自动切换至手动，且于控制室进行事故报警。可从控制室操作员站选择调整调节回路参数（PID参量常数值），授权级别保护进入调整的状态。工艺中流量、液位、温度、压力、PH、电位的控制大都采用闭环控制，闭环控制通过CFC组态来实现。投料系统中对原料的取料称重就是采用闭环控制方式，实现对原料的准确投料控制。
（二）、开环控制
开环控制用于控制像开关阀及电磁阀等独立的设备。能实现电机的远程／就地控制，手动、自动的切换。开环控制能实现开关阀及电磁阀的开、关操作，只反馈全开、全关状态。开环控制通过CFC组态来实现。投料系统中控制要求不高的各传送带使用开环控制方式，简单可靠易维护。
（三）、顺序控制
顺序控制采用SFC组态来实现，用于执行一组逻辑控制和程序流控制（像条件的跳变和重复）。带有详尽的用户界面用于程序运行监督及一个逐步控制的规定。投料系统中对多种原料添加时皮带的顺序传送则是采用顺序控制。
（四）、保护、联锁、限位值控制
保护、联锁、限位值控制功能通过软件执行，通过CFC组态来实现，用于设备的保护和工艺流程的稳定。如各大功率电机设备都包含有安全保护和工艺联锁，当安全保护时，就地启动不起作用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
四、电振机变频控制的实现。
（一）、硬件配置
①根据电机参数及变频范围(0～50Hz)，选用ABB ACS 550-01-038A-4变频器。在变频器的SLOT2插槽内插入RPBA-01适配器模块，变频器的通讯接口通过RPBA-01适配器模块与Profibus-DP网络连接，它将变频器连接到一个PROFIBUS网络，与控制器PLC进行通信。
②依系统工艺控制要求，PLC选择西门子S7-400，选择带PROFIBUS网络接口的CPU416-2DP，方便与PROFIBUSDP网络连接。
③使用RPBA-01适配器模块上的旋码开关设置站地址，在系统Profibus-DP网络物理末端位置设置终端电阻。
（二）、PLC软件组态及程序设计
①PLC的编程由STEP7软件实现。在S7-400的“硬件组态”功能中配置Profibus-DP的网络，即将ABB变频器的ABB_0812.GSD文件导入STEP7的编程环境中。
②在系统PROFIBUS-DP硬件配置的中添加从站ABB Drives RPBA-01 站号为4（其它9台变频器站地址号依次为5-10）,插入PPO Type Module为3，该模式设置有4个字节用于通讯传输数据；PLC写变频器则第一个字是用于ABB传动通信协议的控制字CW,第二个字是变频器的给定值REF1，PLC读变频器则第一个字是ABB传动通信协议的状态字SW,第二个字是变频器的给定值ACT1。在从站的参数设置中，将Operation Mode改为Vendor Specific（即ABB传动协议）。
③转速控制的实现：通过上位设置电机的转速来调整电振机的速度，根据ABB变频器手册说明，±20000(十进制)对应着变频器最大限幅参数11.05，设定的速度或者频率存在正反两个方向。本设计投料系统电机额定转速为1460r/min,速度计算公式为:(设定转数/1460)*20000，将计算值传送给变频器速度给定参数。
④设置用于通讯的PLC I/O地址。如本系统所生成通讯I/O地址为I48-I51/Q48-Q51。变频器的状态字经过Profibus-DP网络写入PLC的I48-I51；变频器的控制字是根据PLC内部程序，将控制字写入PLC的输出口Q48-Q51，数据经过Profibus-DP网络传送给变频器的控制字，变频器传动单元根据控制字的位编码指示进行相应动作，从而控制电机的运行，实现控制目的。
（三）、传动控制参数设置
变频器的Profibus-DP通讯及参数设定和现场总线适配器模块RPBA-01之间的通讯可以通过总线刷新参数51.27激活。在实现通讯之后，根据控制电机的名牌参数及控制要求，对变频器关键参数11组、16组、51组、98组做相应修改。
（四）、编程控制实现
①初始化变频器控制字CW，即向ABB变频器的控制字CW中写入1142（16进制数为476）；
②停止电机，PLC向ABB变频器的控制字CW中写入1143（16进制数为477）；
③启动电机，PLC向ABB变频器的控制字CW中写入1151（16进制数为47F）；
结束语
该系统结构简单，抗干扰性强，减少了系统的运行和维护费用；自投料系统试运行以来，系统运行稳定、可靠，充分说明了工业现场总线PROFIBUS技术具有良好的推广价值。
然而，PROFIBUS现场总线只是众多现场控制总线中的一种，国际上还没有就现场总线标准达成共识，现场总线标准较多；Profibus-DP系统对网络线路要求高，线路成本高，支持现场总线标准的智能现场设备造价偏高；PROFIBUS总线的协议复杂等；这些问题在一定程度上制约了PROFIBUS现场总线在工厂中的实际应用。
参考文献
[1]西门子公司PROFIBUS-DP适配器模块[Z].
[2]西门子公司．S7－400硬件冗余系统配置教程[K].
[3]机械工业出版社. S7-300/400 PLC应用技术.
论文作者:钟文剑,刘爱涛
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/20
标签：变频器论文; 系统论文; 现场总线论文; 通讯论文; 组态论文; 设备论文; 现场论文; 《电力设备》2016年第6期论文;