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基于Profibus-DP的通訊在寬厚板熱處理系統中的應用

作者: 時間:2016-12-16 來源:網絡 收藏
  1 引言

  萊鋼4300mm寬厚板熱處理生產線是萊蕪鋼鐵集團有限公司于2009年開始建設的年產180萬噸的生產線,它廣泛采用了當代厚板領域的新技術及先進的裝備,熱處理線作為后區重要的生產線,實時可靠的通信系統是必不可少的,因此采用Profibus—DP現場總線使全部控制設備通信網絡化。Profibus-DP現場總線把現場設備和PLC緊密集成為一個完整的控制系統; 現場操作臺由于采用了Profibus-DP通信接口, 節省了大量電器元件和電纜。作為眾多現場總線家族的成員之一,Profibus是在歐洲工業界得到最廣泛應用的一個現場總線標準,也是目前國際上通用的現場總線標準之一。[1]本文主要以預處理區域Profibus-DP網絡的實現來介紹Profibus-DP在寬厚板熱處理系統中的應用。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/201612/331007.htm

  2 Profibus組成

  2.1 Profibus概述

  Profibus是一種具有廣泛應用范圍的、開放的數字通信系統,在集中自動化系統向分散自動化系統轉移方面是一種重大突破。Profibus由3部分組成,即Profibus-DP(分布式外圍設備),Profibus-PA(過程自動化),Profibus-FMS(現場總線報文)[2]。

  Profibus-DP具有高速傳輸、價格低廉等特點,實現起來比較簡單,主要用于分散設備間的數據高速傳輸,傳輸速率可由9.6kbps至12Mbps。一般用于自動化控制系統和現場設備級間的開關量的通信,可滿足全數字交直流調速系統對于快速的時間響應要求。該總線具有適合于快速、時間要求嚴格的應用和復雜的通信任務的特點,成為唯一能夠全面覆蓋工廠自動化和過程自動化應用的現場總線,特別適用于工廠自動化和過程自動化領域。在萊鋼寬厚板熱處理線中所采用的就是這種Profibus-DP現場總線。

  2.2 Profibus網絡硬件

  Profibus網絡主要涉及到的硬件包括:Profibus接口,通訊介質,Profibus插頭,中繼器,診斷中繼器,OLM, DP/DP COUPLER以及有源終端電阻等。當各站點通過插頭連接以及網線連接到網絡上時,根據RS485串口通訊的規范,每個物理網段支持32個物理設備,且在物理網段終端的站點應該設置終端電阻防止浪涌保證通訊質量。

  2.3 Profibus接口

  Profibus接口是RS485串口,一般采用SUB-D female的接口。一般CPU或者CP板卡都采用該接口。該接口外部的金屬部分一般連接到CPU或者CP的內部的“PE”。而當CPU安裝在底板上時,其“PE”與底板是連通的,此時如果將安裝底板在電氣柜內做接地處理,則該SUB-D接口的外部金屬部分也是接地的。

  2.4 通訊介質

  Profibus網絡支持RS485的電纜和光纖兩種通訊介質。當然,現在也有支持無線通訊的設備,但我們目前面對的主要還是有線介質。

  3 Profibus-DP在預處理區系統中的應用

  3.1 網絡拓撲的規則

  在進行Profibus網絡連接之前,首先應當考慮拓撲結構的設計是否有問題。如果拓撲結構有問題,將來網絡通訊很可能出現問題。

  另外,從波特率與距離的對應關系中可以看到,波特率越高,則對應的通訊距離越近,因而如果現場遇到Profibus的通訊有通訊不上或者通訊不穩定的情況,也可以考慮先將波特率降低,再進行觀察處理。

  設計一條Profibus網絡,首先需要了解Profibus網絡的拓撲規則:

  ① Profibus網絡是RS485串口通訊,半雙工,支持光纖通訊;

  ② 每個網絡理論上最多可連接127個物理站點,其中包括主站、從站以及中繼設備;

  ③ 網絡的通訊波特率9.6kbps-12Mbps;

  ④ 每個物理網段最多32個物理站點設備,物理網段兩終端都需要設置終端電阻或使用有源終端電阻;

  ⑤ 每個網段的通訊距離或者設備數如果超限,需要增加RS485中繼器進行網絡拓展,中繼器最多可串聯9個;

  ⑥ 每個中繼設備(RS485中繼器、OLM)也做為網絡中的一個物理站點,但沒有站號;

  ⑦ 網絡支持多主站,但在同一網絡中,不建議多于3個主站;

  ⑧ 一般0是PG的地址,1~2為主站地址,126為某些從站默認的地址,127是廣播地址,因而這些地址一般不再分配給從站,故DP從站最多可連接124個,站號設置一般為3~125。

  ⑨ 如果網絡中涉及到分支電纜,則應注意分支電纜的長度應當嚴格遵守Profibus 的協議規定。

  3.2 預處理區DP網絡構成

  預處理區系統包括一套S7-400 PLC、兩套S7-300 PLC、一套S7-200PLC、7套ET200站、變頻器、編碼器和兩臺上位機,同時系統還與1#熱處理爐、3#熱處理爐通過DP通訊,與2#熱處理爐通過工業以太網通訊。根據網絡拓撲的規則設計網格構成見圖1。

  其中1#熱處理爐、2#熱處理爐、3#熱處理爐PLC是S7-400 PLC,磁盤上料PLC和拋丸機PLC是S7-300 PLC,H7是S7-200PLC,BWL是編碼器,每個設備后面括號里的數字是給這個設備分配的硬件地址。


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