PROFIBUS現(xiàn)場總線在無縫鋼管廠中的應(yīng)用
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PROFIBUS是一種國際化、開放式異步串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動化和流程自動化、 樓宇、交通、電力等各行各業(yè)。 通過PROFIBUS可以方便地實(shí)現(xiàn)各種不同廠商的自動化設(shè)備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設(shè)）、PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動化）。標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)場總線具有“開放”的通訊接口、“透明”通訊協(xié)議，允許用戶選用不同制造商生產(chǎn)的分散I/O裝置和現(xiàn)場設(shè)備。現(xiàn)場總線PROFIBUS滿足了生產(chǎn)過程現(xiàn)場級數(shù)據(jù)可存取性的重要要求，一方面它覆蓋了傳感器/執(zhí)行器領(lǐng)域的通信要求，另一方面又具有單元級領(lǐng)域的所有網(wǎng)絡(luò)通信功能。特別在“分散I/O”領(lǐng)域，由于大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場設(shè)備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實(shí)上的國際公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。
本文針對天津市無縫鋼管廠?140機(jī)組無縫生產(chǎn)線減徑機(jī)區(qū)現(xiàn)場總線的應(yīng)用，介紹了PROFIBUS系統(tǒng)的構(gòu)成及相關(guān)應(yīng)用。該系統(tǒng)由PROFIBUS-DP構(gòu)成主從結(jié)構(gòu)。SIEMENS PLC S7-300，上位機(jī)WINCC作為主站，TP177A觸摸屏作為二級主站，6RA70直流傳動裝置和6SE440變頻器及其遠(yuǎn)程I/O ET200S作為從站。上位機(jī)采用臺灣研華工控機(jī)與PLC組成TCP/IP網(wǎng)。
1減徑機(jī)生產(chǎn)線簡介
天津市無縫鋼管廠投產(chǎn)的?140 機(jī)組無縫生產(chǎn)線采用的是二輥菌式穿孔機(jī)和阿塞爾全浮芯棒軋管機(jī)及其14機(jī)架微張力減徑機(jī)等生產(chǎn)工藝，該工藝具有世界先進(jìn)水平，設(shè)備運(yùn)行可靠，生產(chǎn)效率高。電氣控制主要完成對整個機(jī)組的過程控制和調(diào)節(jié)，完成生產(chǎn)線中相關(guān)設(shè)備及其各個相關(guān)專業(yè)之間的工藝聯(lián)結(jié)、連鎖，以保證整個機(jī)組設(shè)備能夠按照生產(chǎn)和工藝要求，正常、正確、準(zhǔn)確地進(jìn)行相應(yīng)的有序動作。由于熱軋線的工藝復(fù)雜，控制系統(tǒng)的可靠性要求較高，所以，系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程就要完善可靠。
140機(jī)組無縫生產(chǎn)線減徑機(jī)選用14機(jī)架三輥微張力減徑機(jī)，生產(chǎn)熱軋無縫鋼管減徑量較大，既能滿足生產(chǎn)的要求又節(jié)省投資，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量可得到有利的保證。14機(jī)架減徑機(jī)兩個主要效用是減徑和改變壁厚，它采用了三輥式獨(dú)立傳動的機(jī)構(gòu)，選用14臺直流電機(jī)進(jìn)行拖控。Ф140 Assel 軋管機(jī)組定減徑采用14架單獨(dú)轉(zhuǎn)動的微張力定減徑機(jī)組，可以在一定的急減徑率和較小的單機(jī)架減徑率條件下來達(dá)到定減徑的作用，可以采用一種規(guī)格的管材生產(chǎn)多種規(guī)格的成品管，還可以使定減徑后的鋼管外表面光潔、無劃痕等，進(jìn)一步改善鋼管的外表面質(zhì)量。14機(jī)架減徑機(jī)最大總減徑率約35％，單機(jī)架減徑率最大3.5％。下面是14機(jī)架減徑機(jī)各主要參數(shù)：
機(jī)架數(shù)： 14架
軋輥理想直徑： φ380mm
軋輥輥身寬度： 160 mm
最大軋制壓力： 170KN
電機(jī)功率： 147kw （直流調(diào)速）
電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)： 800/1600/2000 r/min
過載系數(shù)： 2.2
根據(jù)減徑機(jī)工藝要求可知，該系統(tǒng)中需要控制的設(shè)備較多，邏輯關(guān)系復(fù)雜，各部分間的速差要求嚴(yán)格。若采用集中控制，不但繁瑣、成本高且布線量很大，檢修和維護(hù)都不容易。因此，本系統(tǒng)選擇了基于PRIFUBUS的分布式控制，較好地解決了以上技術(shù)問題。
2 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
本系統(tǒng)采用PROFIBUS網(wǎng)進(jìn)行PLC控制器及各傳動裝置6RA70、6SE440變頻器間的數(shù)據(jù)交換與通訊，主傳動等大直流電機(jī)的傳動，供電方式全部采用全數(shù)字直流變流器供電；弱磁調(diào)速、可逆?zhèn)鲃?，控制系統(tǒng)均為速度電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。小直流電機(jī)供電系統(tǒng)采用全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，電樞可逆，獨(dú)立弱磁調(diào)速。傳動裝置及現(xiàn)場級監(jiān)控設(shè)備與主PLC用PROFIBUS總線相連。PROFIBUS有極高的傳輸速率，多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。主PLC與各主傳動系統(tǒng)之間的設(shè)定值、指令和數(shù)據(jù)均通過PLC的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行傳送, 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制，系統(tǒng)響應(yīng)速度快；在操作臺和現(xiàn)場設(shè)有ET200S遠(yuǎn)程站，也通過ROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)化分布式控制。 PLC系統(tǒng)配有多條PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，把各區(qū)傳動系統(tǒng)及遠(yuǎn)程操作部分分段組網(wǎng)，在提高系統(tǒng)響應(yīng)速度的同時，也增加了系統(tǒng)的安全可靠性[1]。
該網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)：
a．網(wǎng)絡(luò)可容納的通訊節(jié)點(diǎn)數(shù)量可靈活組態(tài)
b．網(wǎng)絡(luò)的通信速率為500Kbps
c．網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：PROFIBUS-DP
d．每臺聯(lián)網(wǎng)的PLC或傳動裝置均裝有一塊網(wǎng)絡(luò)接口模塊
e．PLC與傳動間的各種控制信號和狀態(tài)信息都可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)（包括數(shù)字信號和模擬信號）
整個減徑機(jī)區(qū)包括西門子6RA70直流調(diào)速裝置14臺，作為14機(jī)架，5臺西門子6SE440變頻器，分別作為輥道運(yùn)輸和高壓水除鱗，5個ET200S作為遠(yuǎn)程I/O，分別是液壓站，稀油潤滑站，及其操作臺和現(xiàn)場操作箱等。另外還有3個TP177A觸摸屏作為二級主站，主CPU選擇CPU317-2DP，帶MPI/DP和 DP接口。
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