PROFIBUS現(xiàn)場總線在無縫鋼管廠中的應用
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PROFIBUS是一種國際化、開放式異步串行通訊標準，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可以方便地實現(xiàn)各種不同廠商的自動化設備及元器件之間的信息交換。PROFIBUS協(xié)議標準由三個兼容部分組成：PROFIBUS-DP（分布式外設）、PROFIBUS-FMS（現(xiàn)場總線信息規(guī)范）、PROFIBUS-PA（過程自動化）。標準化的現(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)行器領域的通信要求，另一方面又具有單元級領域的所有網(wǎng)絡通信功能。特別在“分散I/O”領域，由于大量的、種類齊全的、可連接的現(xiàn)場設備可供選用，因此PROFIBUS已成為事實上的國際公認的標準。
本文針對天津市無縫鋼管廠?140機組無縫生產(chǎn)線減徑機區(qū)現(xiàn)場總線的應用，介紹了PROFIBUS系統(tǒng)的構成及相關應用。該系統(tǒng)由PROFIBUS-DP構成主從結構。SIEMENS PLC S7-300，上位機WINCC作為主站，TP177A觸摸屏作為二級主站，6RA70直流傳動裝置和6SE440變頻器及其遠程I/O ET200S作為從站。上位機采用臺灣研華工控機與PLC組成TCP/IP網(wǎng)。
1減徑機生產(chǎn)線簡介
天津市無縫鋼管廠投產(chǎn)的?140 機組無縫生產(chǎn)線采用的是二輥菌式穿孔機和阿塞爾全浮芯棒軋管機及其14機架微張力減徑機等生產(chǎn)工藝，該工藝具有世界先進水平，設備運行可靠，生產(chǎn)效率高。電氣控制主要完成對整個機組的過程控制和調節(jié)，完成生產(chǎn)線中相關設備及其各個相關專業(yè)之間的工藝聯(lián)結、連鎖，以保證整個機組設備能夠按照生產(chǎn)和工藝要求，正常、正確、準確地進行相應的有序動作。由于熱軋線的工藝復雜，控制系統(tǒng)的可靠性要求較高，所以，系統(tǒng)的硬件設計和軟件編程就要完善可靠。
140機組無縫生產(chǎn)線減徑機選用14機架三輥微張力減徑機，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)品質量和產(chǎn)量可得到有利的保證。14機架減徑機兩個主要效用是減徑和改變壁厚，它采用了三輥式獨立傳動的機構，選用14臺直流電機進行拖控。Ф140 Assel 軋管機組定減徑采用14架單獨轉動的微張力定減徑機組，可以在一定的急減徑率和較小的單機架減徑率條件下來達到定減徑的作用，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，進一步改善鋼管的外表面質量。14機架減徑機最大總減徑率約35％，單機架減徑率最大3.5％。下面是14機架減徑機各主要參數(shù)：
機架數(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
電機功率： 147kw （直流調速）
電機轉數(shù)： 800/1600/2000 r/min
過載系數(shù)： 2.2
根據(jù)減徑機工藝要求可知，該系統(tǒng)中需要控制的設備較多，邏輯關系復雜，各部分間的速差要求嚴格。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問題。
2 控制系統(tǒng)硬件構成
本系統(tǒng)采用PROFIBUS網(wǎng)進行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；弱磁調速、可逆?zhèn)鲃樱刂葡到y(tǒng)均為速度電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。小直流電機供電系統(tǒng)采用全數(shù)字直流調速系統(tǒng)，電樞可逆，獨立弱磁調速。傳動裝置及現(xiàn)場級監(jiān)控設備與主PLC用PROFIBUS總線相連。PROFIBUS有極高的傳輸速率，多種網(wǎng)絡拓撲結構。主PLC與各主傳動系統(tǒng)之間的設定值、指令和數(shù)據(jù)均通過PLC的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡接口進行傳送, 實現(xiàn)網(wǎng)絡控制，系統(tǒng)響應速度快；在操作臺和現(xiàn)場設有ET200S遠程站，也通過ROFIBUS-DP網(wǎng)絡化分布式控制。 PLC系統(tǒng)配有多條PROFIBUS-DP網(wǎng)絡，把各區(qū)傳動系統(tǒng)及遠程操作部分分段組網(wǎng)，在提高系統(tǒng)響應速度的同時，也增加了系統(tǒng)的安全可靠性[1]。
該網(wǎng)絡的主要特點：
a．網(wǎng)絡可容納的通訊節(jié)點數(shù)量可靈活組態(tài)
b．網(wǎng)絡的通信速率為500Kbps
c．網(wǎng)絡通訊協(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)絡實現(xiàn)（包括數(shù)字信號和模擬信號）
整個減徑機區(qū)包括西門子6RA70直流調速裝置14臺，作為14機架，5臺西門子6SE440變頻器，分別作為輥道運輸和高壓水除鱗，5個ET200S作為遠程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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