[摘要] PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，引起傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變。WAGO公司充分利用現(xiàn)場總線技術(shù)開放性的特點(diǎn)，推出基于現(xiàn)場總線技術(shù)的先進(jìn)控制系統(tǒng)。本文描述了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的PLC控制系統(tǒng)在高爐本體中的應(yīng)用，分析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及市場前景。
[關(guān)鍵詞] 現(xiàn)場總線、PROFIBUS-DP、PLC、分布式WAGO I/O系統(tǒng)
[Abstract] The development of PROFIBUS feildbus technology results in the changes in the construction of the traditional control system. WAGO company promotes their Advanced Control System Based on the Feilbus. The thesis describe the procedure of the blast furnace PLC control system evolving into Advanced Control System Based on the Feilbus, and analysis the construction of the system and its potential market
[Key word] Feilbus、PROFIBUS-DP、PLC、WAGO-I/O
1. 概述
唐山不銹鋼有限責(zé)任公司
在原有設(shè)計(jì)中，主控室與各工位設(shè)備之間的線纜要經(jīng)過地溝、線纜隧道等連接，長的線纜可達(dá)上百米，由于信號(hào)傳輸量大，為便于施工和維護(hù)，保證信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，我們決定采用西門子的Profibus-DP現(xiàn)場總線控制方式和分布式WAGO I/O產(chǎn)品相配合使用。
2. PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
PROFIBUS（Process Field Bus）是一個(gè)既簡單，又便宜并且有較高傳送速度的設(shè)備，作為一種總線標(biāo)準(zhǔn)，具有開放性、國際化、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商等特點(diǎn)?，F(xiàn)在，PROFIBUS現(xiàn)場 總線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與PLC和PC之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實(shí)際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，從而使 整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本減少到最低。
由 PROFIBUS構(gòu)成的兼容網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可應(yīng)用于不同的場合，分為PROFIBUS-FMS，提供強(qiáng)有力的通信功能；PROFIBUS-DP，特別適合可編程控制器與現(xiàn)場分散的I/O設(shè)備之間的通信；PROFIBUS-PA，用于安全性較高的場合，允許對設(shè)備進(jìn)行完全的內(nèi)部操作。在高爐本體測控系統(tǒng)中，控制對象大部分為模擬量，而且比較集中地分布在現(xiàn)場的幾個(gè)位置，非常適于采用現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP控制協(xié)議和分布式WAGO I/O產(chǎn)品相配合使用。
3. WAGO-I/O-SYSTEM產(chǎn)品及主要特點(diǎn)：
WAGO-I/O-SYSTEM包括現(xiàn)場總線適配器，可編程現(xiàn)場總線控制器，750系列數(shù)字量輸入輸出模塊，750系列模擬量輸入輸出模塊，WAGO-I/O-PRO編程軟件，WAGO-I/O-CHECK啟動(dòng)和診斷工具軟件。以上配置根據(jù)具體的要求做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
主要特點(diǎn)：
a． 安裝容易 模塊化結(jié)構(gòu)，體積小，節(jié)省空間，即插即用；WAGO籠式彈簧技術(shù)，接線簡單可靠，抗振動(dòng)，免維護(hù)。
b． 使用靈活 用戶可以根據(jù)需要任意將各種功能模塊組合到一起，并可根據(jù)需要隨時(shí)更換總線適配器和其他功能模塊，為將來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線同意提供方便。
c． 功能齊全 能適應(yīng)多種現(xiàn)場總線通訊方式及串行口通訊；功能模塊品種多，功能齊全，包含有適用于各種電壓等級(jí)信號(hào)的開關(guān)量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊，繼電器模塊，計(jì)數(shù)器模塊，電源模塊，接口模塊等。
d． 設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì) 每個(gè)模塊上的通道數(shù)量少，為經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)現(xiàn)場總線節(jié)點(diǎn)提供了條件。
e． 連接快速簡單 通過總線適配器將現(xiàn)場總線輸入/輸出系統(tǒng)快速連接到PLC或PC。
f． 防護(hù)箱可達(dá)IP65防護(hù)等級(jí) 為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展，例如化工業(yè)、食品業(yè)等系統(tǒng)的防護(hù)要求，以及冶金、化工等工礦企業(yè)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，WAGO為750系列提供了具有IP65防護(hù)等級(jí)的防護(hù)箱。
WAGO總線控制系統(tǒng)可以靈活地采用PROFIBUS，DericeNet，CANopen，MODBUS Ethernet，PROFINET等方案。
4. 系統(tǒng)設(shè)備及結(jié)構(gòu)配置
本系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，對高爐本體的爐身襯磚、爐底板及爐基、冷卻壁溫度進(jìn)行檢測，對高爐本體冷卻水和氮?dú)饨橘|(zhì)系統(tǒng)的壓力、溫度、流量進(jìn)行檢測，對工藝參數(shù)爐頂上升管壓力進(jìn)行檢測及控制調(diào)壓閥組的快開閥、自動(dòng)閥和量程閥等設(shè)備。
在自動(dòng)化控制設(shè)備選型時(shí)，考慮成本、控制穩(wěn)定性及應(yīng)用普及率的綜合優(yōu)勢，最終選擇SIEMENS公司產(chǎn)品作為主站。其中主站采用S7-400產(chǎn)品，CPU選型為帶內(nèi)置DP口的CPU；I/O從站共有5個(gè)，因控制對象大多為模擬量，確定為WAGO 750系列產(chǎn)品；上位機(jī)配置2臺(tái)，型號(hào)為SIMATIC PC-IL43并內(nèi)部集成以太網(wǎng)接口通訊卡，與主站之間的通訊采用工業(yè)以太網(wǎng)。 如圖一所示：
圖一 網(wǎng)絡(luò)圖
5個(gè)總線箱與CPU用一根PROFIBUS-DP線進(jìn)行連接，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，主站按順序訪問每個(gè)從站。其設(shè)置速度為1.5Mbps，信號(hào)傳輸僅為毫秒級(jí)。PROFIBUS-DP是一個(gè)抗電磁干擾的兩線差分系統(tǒng)即使在嚴(yán)重干擾或遠(yuǎn)距離的環(huán)境下，現(xiàn)場總線均能保持良好的工作狀態(tài)?？偩€兩端接頭的撥碼開關(guān)分別撥到ON位置，其余幾個(gè)撥碼開關(guān)撥到OFF位置.在每個(gè)總線箱的旁邊分別設(shè)置了一個(gè)儀表箱，為現(xiàn)場的用電設(shè)備供電，一次儀表采用傳感器+變送器方式，信號(hào)輸出為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)進(jìn)入總線箱。
5個(gè)IP65防護(hù)等級(jí)的防護(hù)箱且盡量靠近現(xiàn)場測點(diǎn)。從現(xiàn)場儀表來的控制線直接接入I/O模板前連接器，不再經(jīng)過中間端子，控制箱進(jìn)纜孔采用橡膠密封圈，以防止?jié)駸釟怏w和灰塵進(jìn)入。電纜屏蔽層夾在電纜卡子上直接接地，保證屏蔽層接地良好，總線控制箱分布于下圖二所示的位置。
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箱號(hào) |
位置 |
WAGO I/O模塊 |
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BA01 |
本體標(biāo)高+ |
15個(gè)2路模擬量差分輸入模塊 4－－20 mA |
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BA02 |
本體標(biāo)高+ |
26個(gè)2路模擬量差分輸入模塊 4－－20 mA |
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BA03 |
本體標(biāo)高+ |
19個(gè)2路模擬量差分輸入模塊 4－－20 mA |
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BA04 |
本體標(biāo)高+ |
20個(gè)2路模擬量差分輸入模塊 4－－20 mA |
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BA05 |
調(diào)壓閥組旁 |
9個(gè)2路模擬量差分輸入模塊4－－20 mA |
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8個(gè)2路模擬量輸出模塊 4－－20 mA |
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2個(gè)8點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊 |
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2個(gè)8點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊 |
圖二 WAGO-I/O-SYSTEM分布圖
5.系統(tǒng)軟件的構(gòu)成
編程軟件采用STEP7 v5.3 , 將WAGO的GSD文件加入STEP7驅(qū)動(dòng)文件中，便可以在辨識(shí)WAGO產(chǎn)品。人機(jī)界面選用SIEMENS WINCC5.1.，具有狀態(tài)監(jiān)控，報(bào)警提示，趨勢查詢的功能。
6. 系統(tǒng)特點(diǎn)
采用PROFIBUS技術(shù)后，與傳統(tǒng)的集中控制比較，該系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
a．系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加方便，免去了PLC輸入/輸出的大量原理圖、接線圖的設(shè)計(jì)，出圖量大大減少，控制柜內(nèi)設(shè)計(jì)、布線、裝配也更加簡便，加快了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)周期。
b. 組態(tài)、調(diào)試更加容易，無需其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標(biāo)拖拉即可完成PROFIBUS-DP的組態(tài)，不需要額外費(fèi)用，設(shè)備故障就可以通過總線報(bào)告，故障定為更加方便。
c. 維護(hù)簡單，區(qū)域性劃分子站和模塊化組件的應(yīng)用，以及強(qiáng)大的故障診斷能力，都為日后設(shè)備的維護(hù)帶來極大的便利。
d. 便于擴(kuò)展和信息集成，PROFIBUS的使用將孤立的單元帶進(jìn)了信息化網(wǎng)絡(luò)中，為今后系統(tǒng)擴(kuò)展和企業(yè)綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)。
e. 最終用戶工程造價(jià)降低，PROFIBUS技術(shù)的使用，節(jié)省了大量的線纜、橋架、端子排、柜體等，培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用減少，這些都降低了工程總造價(jià)。下表顯示了傳統(tǒng)的集中控制與使用PROFIBUS系統(tǒng)部分材料使用比較。
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系統(tǒng)名稱 |
傳統(tǒng)的集中控制 |
PROFIBUS系統(tǒng) |
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電纜長度 |
15000 |
4000 |
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標(biāo)準(zhǔn)柜體數(shù)量 |
2 |
1 |
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橋架 |
電纜較多，尺寸較大 |
電纜少，尺寸小，總長度少 |
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端子排 |
約400節(jié) |
約220節(jié) |
7. 結(jié)束語
采用PROFIBUS技術(shù)和WAGO-I/O模塊及時(shí)可靠地把大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偪刂剖?，比傳統(tǒng)集中控制比較配置靈活，成本低，檢修簡單，不容易出現(xiàn)故障尤其是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、維護(hù)及擴(kuò)展方面都具有十分明顯的優(yōu)勢。自從2005年9月份投入運(yùn)行以來，系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定，效果良好。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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