摘要：通過對HWS靜壓造型線改造的描述，系統(tǒng)的對西門子PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、硬件構(gòu)成及其主要硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作了介紹，并對開發(fā)該系統(tǒng)的各種系統(tǒng)軟件進(jìn)行了簡單介紹。 關(guān)鍵詞：HWS靜壓造型線；PROFIBUS-DP；硬件；軟件 1項(xiàng)目簡介 HWS靜壓造型線是濰坊柴油機(jī)廠于1992年進(jìn)的德國HEINRICHWAGNERSINTO公司設(shè)制造的具有2O世紀(jì)8O年代末國際先進(jìn)水平的二手鑄造生產(chǎn)線。該線全線由造型機(jī)、捅分箱機(jī)、合箱機(jī)、翻箱機(jī)、加底板機(jī)、上下箱段、澆注段、冷卻段等部分組成，由5臺轉(zhuǎn)運(yùn)小車及4臺舉升臺完成全線的工藝聯(lián)接。該線改造前由兩套西門子S5-115PLC分別控制造型機(jī)和捅分箱機(jī)，而其他各部分則采用常規(guī)繼電器控制，為半自動(dòng)線控制方式。該線經(jīng)多年運(yùn)行后，機(jī)械及電氣故障頻繁，各部位運(yùn)行達(dá)不到工藝要求，我們于2001年論證并對該線開始實(shí)施技術(shù)改造。改造方案增加一條冷卻道、增加翻箱機(jī)和舉升臺各一臺、延長上下箱段、全新設(shè)計(jì)更新合箱機(jī)和加底板機(jī)等，更新電氣控制系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)全線聯(lián)動(dòng)。在電氣控制上我們選用了由西門子PLC、工業(yè)PC、OP控制面板和PROFIBUS現(xiàn)場總線組成的系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)極大的了增強(qiáng)現(xiàn)場控制的靈活性，降低設(shè)計(jì)施工費(fèi)用，減少電纜鋪設(shè)，易于維護(hù)和擴(kuò)展。項(xiàng)目實(shí)施后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 2系統(tǒng)構(gòu)成 對HWS靜壓造型線的電氣控制系統(tǒng)的改造我們采用的是西門子SIMATIC全集成自動(dòng)控制技術(shù)。采用S7-400高速處理器和分布式I/OET200M結(jié)構(gòu)，并選用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊協(xié)議，構(gòu)成高速、可靠的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)控制系統(tǒng)的監(jiān)控部分，分為由OP170B所組成的現(xiàn)場級監(jiān)控和由高性能的工控機(jī)以及監(jiān)控軟件WINCC所構(gòu)成的上位監(jiān)控。安裝在中控室的高性能中央處理器CPU414-2DP，是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部分，通過它完成與各子站ET200M、OP170B以及上位機(jī)的通訊，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的收集和處理，完成對整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。分裝在各子站的分布式ET200M，通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、過程控制、故障報(bào)警和聯(lián)鎖保護(hù)等操作和控制。 每個(gè)子站均配有一個(gè)可視化的操作面板OP170B，通過PROFIBUS—DP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與中央處理器的數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而為現(xiàn)場操作者提供一個(gè)良好的操作和監(jiān)控界面。中央控制室的上位監(jiān)控站選用SIEMENS公司專門用于工業(yè)場合的工控機(jī)PCBOX840和工業(yè)級監(jiān)視器SCM1995-R，具有較高的數(shù)據(jù)處理性能和極高的穩(wěn)定性、抗干擾性。工控機(jī)內(nèi)安裝用于連接PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線的CP5611通訊卡實(shí)現(xiàn)與主PLC的數(shù)據(jù)通訊，利用上位監(jiān)控軟件WINCC及時(shí)、準(zhǔn)確、形象地將現(xiàn)場設(shè)備狀況呈現(xiàn)在中控室的工作人員面前，便于對整條生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控和管理。HWS靜壓造型線控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) PR0FIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標(biāo)準(zhǔn)EN5017的開放的現(xiàn)場總線，采用令牌調(diào)度原理進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達(dá)12M的高速總線PROFIBUS-DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS—PA（HI），DP和PA的完美結(jié)合使得PROFIBUS現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。PROFIBUS既適合于自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通訊，也可直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動(dòng)裝置和其它現(xiàn)場儀表及設(shè)備，對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線或光纜替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜，大量節(jié)省了電纜的費(fèi)用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運(yùn)后的維護(hù)時(shí)間和費(fèi)用。 4硬件構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 4．1中央處理單元（CPU） 作為電氣系統(tǒng)的核心部件，我們選用CPU4142DP作為現(xiàn)場控制可編程控制器的中央處理單元負(fù)責(zé)對整條生產(chǎn)線的工藝流程進(jìn)行控制，以及對所有現(xiàn)場信號進(jìn)行采集和處理。 CPU414—2DP是功能強(qiáng)大的SIMATICS7-400CPU，其主要性能指標(biāo)如下： 規(guī)格型號：6ES7414-2XG03—0AB0； 執(zhí)行時(shí)間：0.1ms/k指令； 本機(jī)集成RAM：程序128K字節(jié)； 數(shù)據(jù)128K字節(jié)； 裝載存儲器：最大可擴(kuò)至64M： 數(shù)據(jù)備份：鋰電池； 數(shù)字量I/O總數(shù)：65536通道； 模擬量I/O總數(shù)：4096通道； 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：256/256； PR0FIBUS—DP波特率：最大12Mbit/s。 4．2分布式I/OET200M的構(gòu)成和主要功能參數(shù) 由于整個(gè)系統(tǒng)采用的是分布式的控制結(jié)構(gòu)，所以在各分站配備了分布式的I/OET200M的通訊模塊和數(shù)字量、模擬量輸入/輸出模板，用于采集和發(fā)送現(xiàn)場信號。全線設(shè)有9個(gè)分布式的I/OEr20oM分站，其中造型機(jī)為2個(gè)。 ET200M分布式I/O子站主要由以下幾部分組成：SITOP直流電源；DIN安裝機(jī)架； IM153—1通訊接口模塊；高可靠的I/O信號接口模塊。 4．2．1ET200M的主要功能 現(xiàn)場控制子站的分布式I/OET200M通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線與S7-400中央控制站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，它主要功能是：采集現(xiàn)場I/O信號，通過ET200M的I/O信號接口模塊將現(xiàn)場數(shù)字量或模擬量信號傳送到中央控制站，同時(shí)將中央控制器發(fā)送來的控制信號傳送至現(xiàn)場設(shè)備。 4．2．2ET200M通訊接口模塊的主要技術(shù)參數(shù) 規(guī)格型號：6ES7153-1AA03-0XB0； 通訊接口：9針Sub-D插座； 傳輸協(xié)議：PROFIBUS-DP； 最大傳輸速率：12Mbit/s； 最大地址空間：128字節(jié)輸入，128字節(jié)輸出； 最大模塊數(shù)量：8個(gè)。 4．3圖形顯示操作面板見圖2 選用OP170B作為現(xiàn)場操作平臺，可以及時(shí)反映現(xiàn)場工況，并可以通過面板上的軟按鍵對設(shè)備進(jìn)行操作。通過PROFIBUS-DP工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，該操作面板可以同中控室的主PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，在將現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)及時(shí)、準(zhǔn)確地反應(yīng)給操作者的同時(shí)，也將現(xiàn)場操作者發(fā)出的控制指令反饋給主PLC，進(jìn)而使操作者能夠及時(shí)準(zhǔn)確地對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。改造后的HWS靜壓造型線全線設(shè)有8個(gè)OP170B現(xiàn)場操作面板，各面板組態(tài)有直觀的現(xiàn)場操作站用于實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和狀態(tài)顯示，另各面板組態(tài)有完善的設(shè)備故障報(bào)警和帶有密碼保護(hù)的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定畫面。OP170B主要性能指標(biāo)如下： 規(guī)格型號：6AV6542-0BB15-2AXO； 分辨率：320～240像素； 處理器：32位，66MHz； 操作系統(tǒng)：WindowsCE； 系統(tǒng)存儲器：FlashMemory512KB； 通訊端口：RS232，RS422/RS485串行通訊口，打印機(jī)端口； 顯示屏：5.7”圖形顯示屏，配備高亮背景燈。 4．4作為監(jiān)控站工控機(jī) 作為中央控制室的上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)我們選用了SIEMENS公司專門用于工業(yè)場合的PCB0X工控機(jī)。工控機(jī)內(nèi)安裝用于連接PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的CP5611卡，實(shí)現(xiàn)與中央PLC的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換。工控機(jī)的主要配置如下。 PIII866MHZ中央處理器：256M內(nèi)存；10．2G硬盤；24倍速CD—ROM；1．44M軟驅(qū)；10M/100M（RJ45）以太網(wǎng)卡；CP56llPROFIBUSDP網(wǎng)卡；2個(gè)串行接口、2個(gè)PS/2接口、2個(gè)USB接口和1個(gè)并行接口；WindowsNT4．0操作系統(tǒng)；配備2l”工業(yè)級彩色監(jiān)視器SCM1995一R。 5系統(tǒng)軟件簡介 5．1上位監(jiān)控軟件WinCC WinCC是西門子公司在自動(dòng)化領(lǐng)域與微軟公司共同開發(fā)的居于世界領(lǐng)先地位的工控軟件。WinCC即WINDOWSCONTROLCENTER（視窗控制中心），是一個(gè)32位的基于Windows的監(jiān)控軟件。WinCC是一個(gè)功能強(qiáng)大的全面開放的監(jiān)控系統(tǒng)，既可以用來完成小規(guī)模的簡單的過程監(jiān)控應(yīng)用也可以用來完成復(fù)雜的應(yīng)用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機(jī)對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優(yōu)化生產(chǎn)過程。 5．2人機(jī)界面軟件Protool/Pro SIMATICProtool/Pro是一種基于PC的可視化的人機(jī)界面編程軟件，它可運(yùn)行在MicrosoftWin—dows95/98/ME、WindowsNT4．0/2000和WindowsXP環(huán)境下，SIMATICProtool/Pro包含有功能強(qiáng)大的運(yùn)行軟件（Protool/ProRT）以及通用的組態(tài)軟件（Protool/ProCS），適合所有西門子操作面板組態(tài)。 5．3硬件組態(tài)、控制程序編制軟件STEP7 STEP7編程軟件是用于SIMATICS7、SIMATICM7和SIMATICC7可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)工具。使用STEP7編程軟件進(jìn)行硬件的配置和參數(shù)設(shè)置、通訊、編程、測試、調(diào)試以及文件編制，STEP7提供有各種任務(wù)的PLC控制功能，并可以在編程語言語句表、梯形圖和控制系統(tǒng)流程圖之間任意切換。 6總結(jié) 由于采用了應(yīng)用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)構(gòu)成的典型的分布式I/O控制結(jié)構(gòu)，將整條生產(chǎn)線的控制集中在一臺PLC上完成，并應(yīng)用西門子OP操作面板完成現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控和操作，從而在達(dá)到控制要求的同時(shí)，極大的降低了成本。經(jīng)過近三年生產(chǎn)，驗(yàn)證了整條鑄造生產(chǎn)線控制監(jiān)視系統(tǒng)的可靠性和合理性。 應(yīng)用PROFIBUS總線改造HWS靜壓造型線