摘 要:本文簡述了Profibus-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在鋼鐵企業(yè)中的應(yīng)用。給出了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及計(jì)算機(jī)與變頻器之間的通訊協(xié)議。并描述了變頻器的Profibus-DP現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的功能碼設(shè)置步驟和編程過程。該系統(tǒng)接線簡單、維護(hù)方便、工作可靠，是冶金自動化傳動領(lǐng)域裝備技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用推廣的方向。 Convertor Group Control System based on profibus-Dp technology Jia Qingyong Mang Hongli Guo Hong Zhao Daikun Abstract: This paper described the convertor profilous-Dp control system which was used successfully in Angang .The network structure of the system and the communication agreement between the computer and the convertor are given. And it described the kinetic energy code’s setting steps and program process for convertor Profibus-DP control system. In the systerm, the connection is very simple, maintance is very convenient and the system works very stablely. This system is the direction for the equipment technology development and application in metallurgy automatic devices field. Key Words: profibus-Dp technology, convertor group control system 1 引 言 隨著中國由鋼鐵大國向鋼鐵強(qiáng)國目標(biāo)的邁進(jìn)，冶金裝備正朝著大型化、現(xiàn)代化、自動化的方向迅猛發(fā)展。從單元控制裝置、單體設(shè)備自動化以至于全線的自動化系統(tǒng)和全廠全公司的生產(chǎn)管理的控制系統(tǒng)正逐漸遍布于選礦、冶煉、軋制等冶金工業(yè)的各個(gè)方面。冶金自動化裝備技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用使冶金產(chǎn)品的質(zhì)量和冶金生產(chǎn)線的作業(yè)率獲得極大的提高，新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)周期大為縮短，獲得了極其顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 目前，隨著過程控制技術(shù)，自動化儀表技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟和發(fā)展，冶金自動化裝備技術(shù)又發(fā)生了一次技術(shù)變革，這次革命的基礎(chǔ)就是現(xiàn)場總線的產(chǎn)生?，F(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向、多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通信。自總線技術(shù)誕生以來。各國相繼制定了現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，其中主要的有控制局域網(wǎng)絡(luò)CAN（Controller Area Net-work）,局部操作網(wǎng)絡(luò)Lon Works（Local Operating Network）,過程現(xiàn)場總線Profibus（Process Field Bus）和HART（Highway Addressable Remote Transducer）等。 同時(shí)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展、變頻器產(chǎn)品的可靠性也有了很大的提高，人們從對變頻器的應(yīng)用已從單臺變頻器調(diào)速系統(tǒng)開始向多臺變頻器群控系統(tǒng)發(fā)展。 安陽鋼鐵集團(tuán)有限公司隨著產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的深層次發(fā)展，冶金設(shè)備裝備大型化、自動化水平迅速提高，特別是在交直流傳動領(lǐng)域，已取得相當(dāng)成熟經(jīng)驗(yàn)。下面介紹的是在安鋼獲得極大成功的基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)上的6SE70變頻器群控系統(tǒng)。 2 Profibus控制系統(tǒng)特點(diǎn) Profibus是符合德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50179的現(xiàn)場總線。包括Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三部分。它們只采用了OSI模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層。Profibus支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。主站對總線具有控制權(quán)。主站間通過傳遞令牌來傳遞對總線的控制權(quán)，取得控制權(quán)的主站，可向從站發(fā)送、獲取信息。Profibus適用于制造自動化和過程自動化。 Profibus-DP是針對變頻器等電氣傳動系統(tǒng)要求動態(tài)響應(yīng)快的特點(diǎn)而由SIMENS等13家公司組成的ISP組織推出的現(xiàn)場總線。這種形式的現(xiàn)場總線具有高的數(shù)據(jù)傳輸率，快的動態(tài)響應(yīng)時(shí)間和極強(qiáng)的抗干擾性。Profibus-DP訪問方法采用EN5017中規(guī)定的，帶有主/從關(guān)系的令 牌傳送原理，只有主站能接受令牌，從站不能接受傳輸權(quán)限。通過指定連接從站（變頻器）的CBP板進(jìn)行直接編址。 Profibus-DP在多變頻器系統(tǒng)中的應(yīng)用具有很大的優(yōu)越性:①控制室和現(xiàn)場變頻器間可利用多種傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖、同軸電纜等，提高了不同場合的適應(yīng)性;②系統(tǒng)中的多臺變頻器只用1條物理介質(zhì)完成數(shù)據(jù)傳輸，從而節(jié)省大量現(xiàn)場接線，使安裝簡便且工程造價(jià)低;③采用了數(shù)字信號傳輸技術(shù)，避免了信號衰減和共模干擾，還可實(shí)現(xiàn)檢錯功能。從而極大地提高了信號傳輸?shù)目煽啃院途?④隨著變頻器的性能和可靠性的提高，其就地處理數(shù)據(jù)的功能增強(qiáng)。大多數(shù)時(shí)間內(nèi)，變頻器只接受頻率指令運(yùn)行，這種現(xiàn)場總線的分散性和變頻器本身的智能性的統(tǒng)一，使得整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性得到大大加強(qiáng);⑤由于變頻器的運(yùn)行直接由上一級自動化系統(tǒng)的應(yīng)用軟件控制，所以當(dāng)現(xiàn)場工藝改變時(shí)只需要更改應(yīng)用軟件就可以了，不用再重新進(jìn)行布線，使系統(tǒng)的靈活性大大加強(qiáng);⑥由Profibus-DP組成的變頻器系統(tǒng)是一種全開放的系統(tǒng)。不同廠家的變頻器都可掛到同一總線上運(yùn)行，解決了因不同品牌不兼容而帶來的麻煩。 2 Profibus-DP的變頻器控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)及通訊協(xié)議 西門子6SE70系列變頻器的Profibus-DP通訊卡為CBP，插在變頻器中，由基本裝置提供電源。CBP有1個(gè)9針D型插座用于連接到Profibus-DP系統(tǒng)中去。電纜線連成的現(xiàn)場總線系統(tǒng)如圖1所示 在本系統(tǒng)中，上一級自動化系統(tǒng)作為主站，變頻器作為從站工作時(shí)，主站向變頻器傳送運(yùn)行指令，同時(shí)接受變頻器反饋回來的運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警狀態(tài)。 變頻器現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)若從軟件角度看，其核心內(nèi)容是現(xiàn)場總線的通訊協(xié)議。Profibus-DP的通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)電報(bào)結(jié)構(gòu)分為協(xié)議頭、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和協(xié)議層。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)即PPO包括參數(shù)值PKW及過程數(shù)據(jù)PZD，參數(shù)值PKW是變頻器運(yùn)行時(shí)要定義的一些功能碼，如最大頻率，加/減速時(shí)間、基本頻率等。過程數(shù)據(jù)PZD是變頻器運(yùn)行過程中要輸入/輸出的一些數(shù)據(jù)值，如頻率給定值，速度反饋值、電流反饋值等。Profibus-DP共有2類5種類型的PPO:一類是無PKW而有2個(gè)字或6個(gè)字的PZD，另一類是有PKW且還有2個(gè)字、6個(gè)字或10個(gè)字的PZD。將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)這樣分類定義的目的是為了完成不同的任務(wù)，即PKW的傳輸與PZD 的傳輸互不影響，均各自獨(dú)立工作，從而使變頻器能夠按照上一級自動化系統(tǒng)的指令運(yùn)行。 3 變頻器運(yùn)行設(shè)置 變頻器群控系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線連成網(wǎng)絡(luò)后，除了在上一級自動化系統(tǒng)進(jìn)行編程外，在每個(gè)變頻器上也要進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)設(shè)置。 3.1 變頻器的基本設(shè)置 6SE70系列變頻器插入CBP卡后，組成如圖1所示的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，它的設(shè)置步驟如圖2所示。 其中P053、P060、P711-P721，P918是變頻器的功能碼。這些功能碼必須經(jīng)過設(shè)定后，變頻器才能和上一級自動化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，完成電機(jī)調(diào)速功能。 3.2 過程數(shù)據(jù)PZD的連接 變頻器運(yùn)行時(shí)，只有將頻率設(shè)定值和速度實(shí)際值與實(shí)際的控制通道連接起來，變頻器才能按照主站的指令運(yùn)行，同時(shí)將實(shí)際值反饋到主站。系統(tǒng)工作時(shí)，CBP將接收到的數(shù)據(jù)存儲在自身的內(nèi)存中，然后通過模擬量連接器，將每一個(gè)過程數(shù)據(jù)PZDi（i=1-10）與控制通道連接起來。例如過程數(shù)據(jù)PZD2通過模擬量連接器K3002作為頻率主設(shè)定。如圖3 PKW:參數(shù)標(biāo)識值;PZD:過程數(shù)值;STW:控制字; HSW:主設(shè)定值;HIW:主實(shí)設(shè)際值 在圖3中K3001-K3010為16位單字模擬量連接器;KK3032、KK3035、KK3036為32位雙字模擬量連接器，B3100-B3115為開關(guān)量連接器，用于連接PZD的第1個(gè)字。P734是用于選擇狀態(tài)實(shí)際值連接量的功能碼，P554是用于選擇變頻器啟動和停止功能連接量的功能碼。在變頻器上，主給定控制通道所設(shè)定為:P554.1=B3100（控制字0位）、P555.1=B3101（控制字1位）、P443.1=B3102（主設(shè)定）、P588.1=3411（控制字28位），實(shí)際值控制通道的設(shè)定為P734.1=K032（狀態(tài)字1）、P734.2=KK151（實(shí)際速度值）P734.4=K033（狀態(tài)字2）。變頻器通過上述設(shè)置后，即可按照上一級自動化系統(tǒng)的要求運(yùn)行。 4 結(jié)語 變頻器群控系統(tǒng)采用了Profibus-DP現(xiàn)場總線控制模式后，不但整個(gè)系統(tǒng)可靠性強(qiáng)，操作簡便，而且可根據(jù)工藝需要進(jìn)行靈活的功能修改。該控制系統(tǒng)在安鋼應(yīng)用以后，運(yùn)行效果良好，為冶金設(shè)備裝備現(xiàn)代化，自動化提供了一個(gè)成功范例。相信隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來，該系統(tǒng)推廣應(yīng)用的前景，將越來越廣闊。