PROFIBUS-DP和ETHERNET构建的工控网在连铸机中的应用-设计应用

精品文档-下载后可编辑PROFIBUS_DP和ETHERNET构建的工控网在连铸机中的应用-设计应用引言现场总线PROFIBUS能够满足生产过程中现场级数据的可存取性。一方面它满足了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。沟通了生产过程现场级控制设备之间及其与更高管理之间的联系，将现场总线技术和以太网技术结合起来，运用于工业控制系统中，实现了从控制级到现场级通讯的一致。济钢第三炼钢厂连铸区域就是利用PROFIBUS—DP和ETHERNET组建成为测控管一体化的工业控制网络。整个控制网络分为3层：层为现场控制层，采用PLC和PROFIBUS现场总线进行控制；第2层，为过程监控层，采用工业控制计算机和带以太网通讯模块的PLC组成工业以太网，监控系统采用FACTORYLINK软件；第3层，为生产管理层。整个系统构成如图1所示。1现场控制层现场总线PROFIBUS的结构是透明的和开放的，PROFIBUS已成为事实上的国际公认的标准（现场总线PROFIBUS是国际标准IEC61158的组成部分TypeIII）。它由3部分组成：即PROFIBUS—DP（分散型外围设备）；PROFIBUS—FMS（现场总线报文规范）；PROFIBUS—PA（过程自动化）PROFIBUS–DP是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代办24VDC或4－20mA信号传输。PROFIBUS–DP用于现场层的高速数据传送，主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站（PLC）程序循环时间短。除周期性用户数据传输外，PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。整个连铸区域分为4大主站及单体设备部分，每个主站均采用独立的PLC控制，PLC采用西门子S7-400。现场控制设备还有西门子ET200M分布式I/O，SIEMENS变频器和C7等现场智能设备。PLC和现场设备的通信均采用PROFIBUS—DP。PROFIBUS已集成在SIMATICS7系统内部。分散连接的I/O外围设备通过DP协议由STEP7组态工具全部集成在系统中。亦即，已在组态和编程阶段，就把分散的I/O设备作为类似于在中心子机架或扩展机架中本地连接的I/O来对待。同样的道理适用于故障、诊断和报警；SIMATICS7DP从站起着类似于集中插入的I/O模块的作用。SIMATICS7提供集成的或插入的PROFIBUS-DP接口用于连接有更复杂功能的现场设备(例如：变频器、触摸屏等)。由于PROFIBUS第1层、第2层的特性和内部系统通信S7功能，可以将编程器（PG）、PC、HMI等设备与SIMATICS7PROFIBUS-DP系统连接。一个完整的PROFIBUS-DP网络由以下几部分组成（如图2）：1主控器（PLC）;2现场I/O模块（ET200），用于连接各种现场装置；3其他智能装置，如变频器，触摸屏等；4.网络附件（交换机等）。它能够直接完成设备的顺序、连锁、闭环控制，完成过程参数的采集以及报警功能。以铸流PLC为例，有3条Profibus-DP构成，CPU为CPU417-4DP,它多带有四个PROFIBUS-DP接口供用户使用，如图3所示。·PROFIBUS-DP（1）主站为CPU417-4DP，从站为ET-200。DP主站与DP从站间的通信基于主-从原理，主站负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，在总线上向从站发送数据并向从站所取数据，只有当主站STRANDPLC请求时总线上的DP从站才可能活动，才能与主站进行数据交换。也就是说，DP从站被DP主站按轮询表依次访问。DP主站与DP从站间的用户数据连续地交换，而并不考虑用户数据的内容。图4指出在DP主站上是怎样处理轮询表的。DP主站与DP从站间的一个报文循环由DP主站发出的请求帧（轮询报文）和由DP从站返回的有关应答或响应帧组成。PROFIBUS-DP(2)主站为CPU417-4DP，从站为SIEMENS公司的23台变频器，为了连接成PROFIBUS系统，必须采用PROFIBUS模板。这一模板安装在变频器的正面，通过RS485串行接口与变频器进行通讯。SIEMENS公司变频器与PLC进行PROFIBUS数据通信，PROFIBUS模板是一个可选件，用户采用这一选件后，可以通过PROFIBUS－DP串行总线（SINECL2-P）对MICROMASTER4进行控制。所有的变频器参数都可以通过串行链路进行访问，变频器的从站地址（参数P0918）必须正确设置，使它与PROFIBUS主站上配置的从站地址相一致，总线上定义的每个变频器的地址必须是的，这样，PLC与变频器才能正常、准确的进行通讯。PROFIBUS-DP(3)主战为CPU417-4DP，从站为SIEMENS公司的变频器，其通讯过程及结构构成类似于（DP2）2过程监控层由工业控制计算机PC和PLC加以太网通讯模块（CP443-1）组成工业以太网，即组成过程监控层。采用客户机/服务器结构，根据现场需要，可增加/删减操作站，为了保证系统的可靠性、安全性，服务器均采取双机热备，当前台运行的服务器出现故障时，后台运行的服务器能实时无影响的切换到前台，从而使系统正常运行。工控机利用FACTORYLINK组态软件实现对现场设备的监控，将现场线的数据传送到控制室，置于实时数据库，进行控制及计算、动态实时显示参数、报警及历史曲线的显示及数据保存，并将实时数据库的数据送到服务器的数据库中，进行保存和数据处理（图5）。以太网技术的发展增强了其通信的确定性，首先，在网络拓扑结构上，采用星形连接及交换式Hub，交换式Hub提供数据缓冲及具有确定接收数据的网段智能，使数据冲撞及重发机会化；其次，快速以太网(100Mbit/s,1Gbit/s)的发展及网络冗余技术使以太网更适应于实时应用；另外，改进的通信协议克服了TCP/IP协议中的缓冲器满再发送及冲撞控制中的允许“丢”包等缺点。光纤不受噪声干扰，适合使用在实时监控的高噪声现场环境。具有TCP/IP接口的现场设备(FieldDevice)可以无须透过现场的计算机，直接连接INTERNET，实现远程监控(RemoteControl)的功能。从传感器到管理层的直接通讯，可进行整个工厂的联网。实现了以太网上的不同工业自动化设备间的互操作和互换。FACTORYLINK与PLC的通信是通过TCP/IP协议。因此必须在PLC的硬件组态上给以太网通信模块CP443-1分配IP地址，在上位机为FACTORYLINK软件安装S7I/ODRIVER，通过SIMATICNET的COMS7为FACTORYLINK软件设置好正确的连接数据库文件。3生产管理层通过网络，可将生产、计划等进行统一组织、调度，采用通用TCP/IP协议，通过访问服务器数据库，可对数据库记录进行增加，修改或删除。也可直接通过访问服务器来了解现场的生产动态。对生产设备状态在线监控、设备故障诊断及维护等，使生产处于动态控制状态中，根据现