1、引言

板坯連鑄機電氣基礎自動化控制系統是保證連鑄機正常生產的關鍵系統，相對其它系統而言，對于系統硬件的可靠性、穩定性上要求更高。濟鋼三煉鋼板坯連鑄機基礎自動化控制系統，采用德國SIEMENS公司的S7系列產品，組合成儀控合一的基礎自動化控制系統，PLC之間相互通訊的媒介為PROFIBUS總線。PROFIBUS總線在板坯連鑄機系統中應用廣泛，在設備運行過程中顯示出了它強大的穩定性和可靠性。

2、PROFIBUS總線簡介

PROFIBUS協議結構是根據ISO7498國際標準，以開放式系統互聯網絡（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層， 第一層為物理層，第二層為數據鏈路層，第三－六層未使用，第七層為應用層亦即用戶接口層。用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS設備的設備行為。PROFIBUS由三個兼容部分組成，即：（1）PROFIBUS_DP（Decentralized Periphery）是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS_DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸；（2）PROFIBUS_PA（Process Automatic）專為過程自動化設計，可使傳感器和執行機構聯在一根總線上，并有本征安全規范；（3）PROFIBUS_FMS（Fieldbus Message Specification ）用于車間級監控網絡，是一個令牌結構，實時多主網絡。

3種PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的總線存取協議。該協議是通過OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來實現的。它包括了保證數據可靠性技術及傳輸協議和報文處理。但以PROFIBUS_DP的高速、高可靠性、低成本通信應用最為廣泛，濟鋼三煉鋼板坯連鑄機系統中的網絡通訊采用的就是PROFIBUS_DP總線。其特征及現場應用介紹如下。

3、PROFIBUS_DP控制網絡在連鑄機中的應用

3.1 連鑄機系統總線的選取

在種類繁多的現場總線中，PROFIBUS_DP以高速低成本通信的優勢，用于設備級控制系統與分散式I／O的通信，滿足了生產過程現場級數據可存取性的重要要求，使用PROFIBUS_DP可取代24VDC或4-20mA信號傳輸的通信需求。另一方面又具有單元級領域的所有網絡通信功能。特別在現場“分散I/O”領域，大量的、各種各樣的、可連接的現場設備，如：變頻器、MP270、C7等都可連接使用。現場PROFIBUS_DP應用中采用RS-485雙絞線作為傳輸介質，波特率為1.5M bit/s。

3.2 連鑄機系統PROFIBUS_DP總線的結構形式

PROFIBUS_DP現場總線技術的存取控制，一方面同一級的可編程序控制器或PC之間的通信必須使每一個總線站（節點）在確定的時間范圍內能獲得足夠的機會來處理它自己的通信任務。另一方面，復雜的PLC或PC與簡單的分散的過程I/O外圍設備之間的數據交換必須是快速而準確的。

（1）總線主-從程序。三煉鋼連鑄基礎自動化系統有四大主PLC及結晶器液位、結晶其調寬和各單體設備PLC組成，各PLC即相互獨立，又通過PROFIBUS_DP總線相互聯系通訊，單就其四大主站單體而言，其中PLC作為主站，它負責在預定的信息周期內循環與從站交換信息，發送控制信息，讀取從站的狀態等，如圖1。

DP主站與DP從站間的通信基于主-從原理。也就是說，只有當主站STRAND PLC請求時，總線上的DP從站才可能活動。DP從站被DP主站按輪詢表依次訪問。DP主站與DP從站間的用戶數據連續地交換，而并不考慮用戶數據的內容。圖2指出在DP主站上是怎樣處理輪詢表的。DP主站與DP從站間的一個報文循環由DP主站發出的請求幀（輪詢報文）和由DP從站返回的有關應答或響應幀組成。

（2）PROFIBUS_DP混合總線存取控制方式。在自動化控制實際應用領域中，PROFIBUS_DP混合總線存取控制方式應用最為廣泛，適用于制造業自動化、流程工業自動化以及交通電力等其他領域自動化。使用混合的總線存取控制機制可實現主動節點（如公用PLC、鑄流PLC等）間通信的令牌傳遞程序和用于主動站（如公用PLC）與被動站（從站ET200M等）間通信的集中的主-從程序。

結合現場實際需要，連鑄機基礎自動化PROFIBUS_DP總線采用混合總線存取控制方式（如圖3），當一個主動節點公用PLC（總線站）獲得了令牌，它就行使主站功能并在總線上與其他從站（ET200M、VVVF、C7等）和主站節點（如鑄流PLC等）進行通信。在總線上的報文交換是用節點編址的方法來組織的。每個PROFIBUS節點有一個地址，而且此地址在整個總線上是唯一的。在一個總線內，最大可使用的站地址范圍是在0到126之間。這就是說，一個總線系統最多可以有127個節點（總線站）。

3.3 連鑄機系統SIMATIC S7 PROFIBUS網絡控制結構

連鑄機系統采用的現場總線——PROFIBUS_DP集成在SIMATIC S7系統內部。分散連接的I/O外圍設備（ET200M、VVVF、C7等）通過DP協議由STEP7組態工具全部集成在系統中。這就是說，已在組態和編程階段，把分散的I/O設備（如STRAND PLC各遠程站RIO S_LC312、RIO S_LC316、RIO S_LC214等 ）作為類似于在中心子機架或擴展機架中的本地I/O來對待。起著類似于中心子機架的I/O模塊的作用，起著擴展功能。SIMATIC S7提供集成的或插入的PROFIBUS_DP接口用于連接有更復雜功能的現場設備（如結晶器調寬MP270、操作面板C7等）。由于PROFIBUS第1層、第2層的特性和一貫執行的內部系統通信（S7功能），因此，可將編程裝置（PG）、PC、HMI等設備與SIMATIC S7 PROFIBUS_DP系統直接連接通訊，進行監控和操作（圖4）。

在圖4中，整個網絡上級控制有四臺上位機OPS1、OPS2、OPS3、OPS4，這四臺上位機用于工業現場，由它可以來實時監控現場設備運行狀態，并可將設備運行情況通過曲線或文字的形式記錄下來，同時操作人員可在HMI上進行遠程控制。

四臺上位機通過以太網分別與四大主站（公共PLC、鑄流PLC、儀表PLC、后部PLC）PLC進行通訊，實時監控現場設備的運行。從圖中可以看出單獨應用PROFIBUS_DP網可用于控制大中包系統、引錠卷揚系統、鑄流系統、后部輥道系統等，總線構成主-從程序。在鑄流PLC系統中，有一個主站，八個遠程站（I/O），主站又通過PROFIBUS_DP網同結晶器振動PLC、結晶器液位控制PLC、拉矯驅動PLC進行通訊，總線構成混合總線存取控制方式。從而構成了連鑄整個網絡控制系統。為方便處理現場事故，在現場設有一臺編程器（PG），它可以通過PROFIBUS_DP接口與在線PLC進行實時通訊，監控現場設備運行狀況。接口采用的是9針D型連接器RS485協議用于總線站與總線的相互連接。

4、結束語

為高速傳輸用戶數據而優化的PROFIBUS_DP協議特別適用于可編程序控制器與現場級分散的I/O設備之間的通信。PROFIBUS_DP總線在板坯連鑄機電氣自動控制系統的應用，驗證了PROFIBUS_DP總線在現場控制方面的穩定性和可靠性，不僅提高了自動控制水平，而且能大大提高生產率和降低停機時間，為穩產、高產打下堅實的基礎。

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