王慧臣

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

PROFIBUS在圓盤澆鑄機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

王慧臣

(江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠，江西貴溪 335424)

文章以圓盤澆鑄機(jī)系統(tǒng)為背景，分析了PPROFIBUS的系統(tǒng)組成及其特點(diǎn)，重點(diǎn)研究了圓盤澆鑄系統(tǒng)的硬件和軟件組成以及PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)主站和從站的組成。采用PROFIBUS技術(shù)減少了現(xiàn)場(chǎng)電纜的數(shù)量和接線工作量，降低了系統(tǒng)故障率，有效保證了信息傳輸?shù)募皶r(shí)性和安全性。

PROFIBUS;圓盤澆鑄機(jī);主站;從站;硬件;軟件

1 引言

貴溪冶煉廠的重要設(shè)備——圓盤澆鑄機(jī)是從芬蘭成套引進(jìn)，于2007年8月投入使用。圓盤澆鑄機(jī)主要由電子稱、圓盤及提取機(jī)組成。電子稱根據(jù)稱重傳感器對(duì)液態(tài)銅進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)量并由液壓系統(tǒng)澆鑄成陽(yáng)極板，通過(guò)圓盤伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將陽(yáng)極板運(yùn)送至提取機(jī)，期間圓盤冷卻水系統(tǒng)對(duì)陽(yáng)極板進(jìn)行冷卻，然后由提取機(jī)從圓盤中提取陽(yáng)極板并通過(guò)水槽鏈條輸送完成整個(gè)澆鑄過(guò)程。整套系統(tǒng)采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線［1－2］對(duì)單元設(shè)備進(jìn)行控制，PROFIBUS是目前國(guó)際上通用的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)［3］，它以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開放的標(biāo)準(zhǔn)、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應(yīng)用行規(guī)，已被納入現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS是不依賴生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場(chǎng)總線，各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備都可以通過(guò)同樣的接口交換數(shù)據(jù)信息，而PROFIBUS－DP［4－5］總線適合于對(duì)通信量要求較低、設(shè)備量較大的現(xiàn)場(chǎng)控制層使用，其適應(yīng)面大、經(jīng)濟(jì)性好，非常適用于工廠作開放的分布式底層控制［6－7］。

2 控制系統(tǒng)的硬件簡(jiǎn)介

圓盤澆鑄機(jī)系統(tǒng)主要是順序邏輯控制，這正是PLC控制的優(yōu)勢(shì)所在。在此系統(tǒng)中，PROFIBUS主站選OMRON CS－1 PLC，分布式IO選用PHOENIX系列PROFIBUS分布式IO。圓盤驅(qū)動(dòng)及提取機(jī)系統(tǒng)采用EMERSON的CT伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，PROFIBUS－DP用于系統(tǒng)中單元級(jí)控制設(shè)備與分布式I/O設(shè)備的通信，特別適合PLC與現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O設(shè)備之間的快速循環(huán)數(shù)據(jù)交換。SIEMENS RS485 Repeater模塊帶有標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUS－DP接口，用于各PROFIBUS主從站開關(guān)量、模擬量等信息通訊。電子稱澆鑄系統(tǒng)人機(jī)界面采用GP2500，并配電子稱稱重系統(tǒng)，圓盤操作畫面由INTOUCH軟件組態(tài)，各人機(jī)界面通過(guò)以太網(wǎng)聯(lián)接通訊。見圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 總體控制要求及功能

圓盤澆鑄機(jī)的要求是對(duì)澆鑄過(guò)程進(jìn)行精確控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)，使陽(yáng)極板達(dá)到要求的范圍。在澆鑄控制室監(jiān)控澆鑄過(guò)程時(shí)，對(duì)當(dāng)前時(shí)刻澆鑄過(guò)程中的主要工作參數(shù)(重量、溫度等)、運(yùn)行狀態(tài)及澆鑄過(guò)程曲線等信息及時(shí)調(diào)整監(jiān)控。功能如下:

(1)控制操作:

在澆鑄控制室對(duì)圓盤澆鑄機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制，如控制圓盤及提取機(jī)，調(diào)節(jié)電子稱澆鑄重量，在線調(diào)整澆鑄過(guò)程曲線等。

(2)顯示功能:

用圖形實(shí)時(shí)地顯示各現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。

(3)數(shù)據(jù)管理:

依據(jù)不同運(yùn)行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計(jì)分析使用。利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，得出一些有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，有利于調(diào)整優(yōu)化澆鑄過(guò)程，保證陽(yáng)極板重量和質(zhì)量。

(4)報(bào)警功能:

當(dāng)某一模擬量(如電流、壓力、重量等)測(cè)量值超過(guò)給定范圍或某一開關(guān)量(如電機(jī)啟停、閥門開關(guān))發(fā)生變化時(shí)，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級(jí)的報(bào)警。

(5)打印功能:

可以實(shí)現(xiàn)報(bào)表和圖形打印以及各種事件和報(bào)警實(shí)時(shí)打印。打印方式可分為:定時(shí)打印、即時(shí)打印。

4 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線簡(jiǎn)介及應(yīng)用

國(guó)際電工委員會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線的定義是“安裝在制造和過(guò)程區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)裝置和控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置之間的數(shù)字式，串行，多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)總線”。它是當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)場(chǎng)總線以開放的、獨(dú)立的、全數(shù)字化的雙向多變量取代4MA～20MA現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)總線I/O集檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理、通信為一體，它不需要框架、機(jī)柜，可以直接安裝在現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)軌槽上?，F(xiàn)場(chǎng)總線I/O的接線極為簡(jiǎn)單，只需要一根電纜，從主機(jī)開始，沿?cái)?shù)據(jù)鏈從一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O連接到下一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O。使用現(xiàn)場(chǎng)總線后，操作員可以在中央控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的自診斷功能診斷故障和尋找故障點(diǎn)。DP是Decentralized Periphery(分布式外部設(shè)備)的縮寫，主要用于制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信，特別適合PLC與現(xiàn)場(chǎng)分布式I/O設(shè)備之間的快速循環(huán)數(shù)據(jù)交換。圓盤澆鑄機(jī)澆鑄能力在110t/h，如果采用常規(guī)集中控制方式，將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)電纜連接到集中澆鑄控制室內(nèi)的PLC上，由于工藝線路長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)分布范圍廣，需要敷設(shè)大量的電纜及橋架，且現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，勢(shì)必會(huì)造成故障隱患點(diǎn)多的局面。

貴溪冶煉廠圓盤澆鑄機(jī)采用了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，控制系統(tǒng)采用OMRON CS－1 PLC加PROFIBUS分布式IO，是一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案，根據(jù)工藝劃分，系統(tǒng)共設(shè)了主站、從站和操作員站。主站采用OMRON C200HW PRm21主站單元，子站采用PHOENIX系列分布式IO遠(yuǎn)程模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制，并借助PROFIBUS(工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線)，方便控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立。從主站開始，通過(guò)一根PROFIBUS電纜沿?cái)?shù)據(jù)鏈從一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O連接到下一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線I/O。主站的主要功能是接收管理層設(shè)置的參數(shù)或命令，對(duì)澆鑄生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制，將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)輸送到管理層。根據(jù)澆鑄流程和工藝，結(jié)合馬達(dá)控制中心MCC，按照控制對(duì)象的區(qū)域、工藝流程，以就近采集和單元控制為劃分區(qū)域的原則，在圓盤驅(qū)動(dòng)、提取機(jī)、模噴涂及冷卻水單元等設(shè)置從站?，F(xiàn)場(chǎng)子站采用PHOENIX系列分布式IO，每個(gè)從站由1個(gè)PROFIBUS通訊適配器模塊和其它若干數(shù)字量、模擬量輸入及輸出模塊組成。通過(guò)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)子站，主站與現(xiàn)場(chǎng)子站之間采用PROFIBUS－DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的方式，大大減少了電纜數(shù)量及控制元器件，一方面降低了硬件投資，另一方面極大地減少了故障的發(fā)生。

5 系統(tǒng)軟件

(1)計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows XP Professional操作系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQLServer 2000軟件。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用Wonderware InTouch9.0組態(tài)軟件。

(2)InTouch組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的開關(guān)量、狀態(tài)量、電量、模擬量的采集和處理，并顯示在操作站的HMI上;對(duì)澆鑄過(guò)程重要的物理量如陽(yáng)極板的重量、溫度、冷卻水等都實(shí)時(shí)顯示在工作站的主界面上，便于操作員及時(shí)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上安裝Microsoft SQL2000中文版數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，用來(lái)儲(chǔ)存整個(gè)澆鑄重要的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)Microsoft SQL 2000的通訊來(lái)讀取歷史數(shù)據(jù)。上位機(jī)硬盤矩陣的設(shè)計(jì)可以避免因?yàn)橄到y(tǒng)故障導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象的發(fā)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

貴溪冶煉廠圓盤澆鑄機(jī)通過(guò)應(yīng)用PROFIBUS系列分布式IO現(xiàn)場(chǎng)總線，在保證工程質(zhì)量的前提下大大降低了硬件成本。該設(shè)備具有調(diào)試簡(jiǎn)單、操作方便、使用安全、效率高、故障率低、澆鑄效果好等特點(diǎn)，顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)由于軟硬件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便了工程技術(shù)人員的安裝、調(diào)試和維修。

［1］陽(yáng)憲惠.現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，1999:39－40.

［2］羅紅福.現(xiàn)場(chǎng)總線工廠應(yīng)用實(shí)例解析［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2008:15－17.

［3］侯維巖.PROFIBUS協(xié)議分析與系統(tǒng)應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006:211.

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［5］郝曉弘，潘曉寧，郭慧麗.現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS－DP網(wǎng)通訊原理探討［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000(9):26－30.

［6］周志敏，紀(jì)愛華.PROFIBUS總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2009:281－284.

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Application of PROFIBUS in Casting Machine System

WANG Hui－chen
(Jiangxi Copper Corporation Guixi Smelter，Guixi，Jiangxi 335424，China)

Based on the system of casting machine for Wide and Thick Plate，this article analyzes the system composition and the characteristics of PROFIBUS.It investigates the hardware and software composition of casting machine system in Guixi smelter and the composition of master and slave station in PROFIBUS.The technology of PROFIBUS can reduce the Quantity of electric cable and workload，decrease the failure rate of the system，ensure effective transmission of information timeliness and security.

PROFIBUS;casting machine;master station;slave station;hardware;software

TP273

:B

:1009－3842(2012)04－0045－02

2012－06－06

王慧臣(1982－)，男，江西上饒人，工學(xué)學(xué)士，主要從事設(shè)備管理等方面的工作。E－mail:huichenwang@163.com