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PROFIBUS-DP现场总线在四川德胜烧结厂配料自动化中的应用

日期:2012年6月5日 09:11

1.系统概述
     在钢铁厂炼钢过程中,各种原料的配料比的精确性,直接影响到钢材的等级质量!我公司针对钢铁行业配料开发的配料综合自动化系统,既保证了生产过程的先进、可靠、合理性,又降低了投资成本。2010年4月份,在四川德胜烧结厂安装配料系统就是典型应用!该系统共有20条配料皮带秤生产线,选用了美国柯力的重量传感器进行精确计量,选用德国申克光电脉冲测量传感器对皮带称的运行速度进行监视,选用AB公司的变频器对皮带秤电机进行变速驱动,每台电子皮带秤采用了我们超凡的CF-910B仪表控制分站整合控制,各配料电子皮带秤生产线选用AB公司的可编程控制器PLC集中控制,上位机采用研华工控机,由Wincc软件实现系统组态控制。上位系统的通讯网络采用Ethernet以太网。各个控制分站、交流变频器与AB公司的可编程控制器PLC之间以Profibus-DP协议方式相连。它完全与电位无关地运行,其优点是,不必花费昂贵的等电位连接费用,且大大增强了网络的可靠性。 其网络拓扑图:
 

 

 

 

 

2.工艺要求
针对生产配料需要,能根据配料方案,将物料按比率自动分配给各电子皮带秤,同时对各配料重量进行统计!

3. 本项目通讯的数据
3.1、仪表控制分站上传数据:
变量名               类型    相对地址       格式         备注
瞬时流量值          float       0-3     XXXX.XX          t/h
累计量              Long        4-7     XXXXXX           t
1号变频器控制输出   int         8-9     XXX              0-500整型数对应变频器0-50赫兹
2号变频器控制输出   int        10-11    XXX              0-500整型数对应变频器0-50赫兹
带  速              float      12-15    X.XXX            m/s
皮带秤远程就地      byte       16        x                (1:远程/0:就地)
通讯正常            byte       17        x                (1:正常/0:不正常)
3.2 仪表控制分站接受主站输出数据:
变量名               类型    相对地址     格式           备注
设定流量值          float      0-3       XXXX.XX        t/h
总累计清零          char       4-5                      (10进制256:清零/0:不变)

4.采用Profibus的原因
超凡的CF-910B仪表控制站共有三种通讯方式:
传统的4-20ma模拟通讯方式,缺点:精度差、可靠性不强、
Rs422超凡通讯方式,缺点:兼容性差
内嵌PROFIBUS-DP总线桥通用通讯方式
前两种通讯方式的缺点,成就了PROFIBUS通讯
PROFIBUS 是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统,适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务,特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。
     PROFIBUS-DP是一种经过优化的高速通信连接,是专为自动控制和设备级分散I/O之间的通信设计的,主要侧重用于工厂自动化,用于分布式控制系统的高速数据传输,其传输速率高达12Mbps。截止目前,DP的应用占到整个PROFIBUS应用的80%安装实例,代表了PROFIBUS的技术精华和特点。
    正是基于Profibus现场总线技术上的成熟和开放兼容性,以及实际应用后的经济效果,因此我们超凡的90%的仪表控制站采用了它。

5、内嵌PROFIBUS-DP总线桥的实现
    我们在OEM北京鼎实创新科技的嵌入式PROFIBUS-DP总线桥之前,我们自己也试图设计仪表内嵌PROFIBUS-DP总线桥,但考虑到可靠性,同时鼎实科技的嵌入式PROFIBUS-DP总线桥接口方便,低成本促使我们直接选择了它!
硬件接口:直接用仪表MCU的UART与其连接,并提供一个独立的+5V电源!如图:

 

 

 

 

软件接口过程:1、发送初始化报文,清空接收区,初始化总线桥;2、显示初始化结果,成功显示“AA”,失败显示“00”;3、成功,进入数据的交换。
6.Profibus-DP组态说明
    在以上的配料自动化控制系统中,Profibus-DP现场总线应用在交流变频器、超凡仪表CF-910B与AB公司PLC之间的通讯上。
6.1硬件组态
    Profibus-DP总线共有41个站,分别是AB公司PLC作为Master,站号设定:2;其余均为Slave,它们有超凡仪表CF-910B,站号设定:3-22;交流变频器,站号设定:23-42。主站上应用AB公司PLC的
DP模块。BUS终端器设定一定要正确,即BUS末端为ON,前面接点为OFF。通讯距离约为800m。如图:

 

 

 

 

 

 

 Profibus-DP的布线严格按照适配模件的说明来接线,通讯电缆用Profibus-DP总线专用电缆。屏蔽层的接线保证了单端接地。
6.2软件组态
    在本系统中变频器和PLC选用的都是AB公司的,确保了参数匹配正确,在Master站AB公司PLC上,要对DP进行组态,通过自带软件包结合ProfiDrive的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择Profibus-DP的方式,或相关的GSD设备描述文件,在本项目中,使用超凡自带的CF-910GSD设备描述文件()!PROFIBUS通讯按照标准20字节入,8字节出,通讯速率选择为19.2kB/s。根据实际的应用效果看,该速率满足系统的信号交换要求。

7.设计、安装和调试体会
    在本次配料自动化控制系统的设计、安装和调试过程中,Profibus-DP的应用无疑是正确的,只是在现场安装过程中,要改进和注意以下几点:
(1) DP电缆接头既要保证连通,也要保证其牢固性!
(2)嵌入式PROFIBUS-DP总线桥与仪表的物理接口采用16P双排插针,无其他固定,出现过不可靠情况,后面的工程中物理接口如还采用16P双排插针,一定要有其他固定,以保证接触牢靠。
(3)考虑现场安装条件与原始设计和系统要求有差异时,要有预备解决方案。
    随着我们超凡公司的自动配料系统在各个行业的成功应用,加上PROFIBUS 总线强大的生命力,PROFIBUS-DP也会得到越来越广泛的应用。