PROFIBUS总线在行车上的应用

【摘 要】 介绍PROFIBUS-DP总线的技术特点，构造出有西门子S7-300PLC、6SE70变频器、6SG70调压装置组成的基于PROFIBUS-DP总线的行车控制系统，介绍该系统中的PLC与变频器及调压装置的通讯过程。

【关键词】 行车 现场总线 变频器 调压装置 PROFIBUS-DP

1 前言

宝钢集团八钢公司板带工程炼钢项目由一座110吨电炉、三座120吨转炉、二座120吨精炼炉、四套一机一流连铸机组成，而其中的大吨位行车（150吨、180吨、220吨）负责电炉、转炉加料以及精炼钢水吊运工作，在整个生产中起着非常重要的作用。随着炼钢生产对起重机调速性能要求的不断提高，传统的桥式起重机调速方法综合技术指标较差，难以满足炼钢生产的特殊要求。

全数字定子调压与交流变频调速技术的应用，再加上采用PROFIBUS-DP总线控制调压与变频器，为交流异步电动机驱动的桥式起重机大范围、高质量的调速提供了全新的方案。它具有高性能的调速指标，控制线路简单，维护工作量小，保护监测功能完善，运行可靠性较传统的交流调速系统有较大的提高。

2 现场总线PROFIBUS的引入

现场总线是一种计算机网络，这个网络上的每一个节点就是一个智能化设备，而PROFIBUS是多种总线中的一种，它具有较广的制造基础和较多的使用经验，如今已成为国际化的开放式现场总线标准，其中PROFIBUS-DP是一种高速的通讯连接，使用了第一层第二层和用户接口，第三层至第七层未加以描述，这种流体型结构确保了数据传输的快速和有效。

标准现场总线PROFIBUS-DP的硬件由主设备、从设备、网络网路等三部分组成，其中主设备用以控制总线上的数据传输，切在没有提供外部请求时发送信息和被授权可访问总线，从设备是相对主设备而言较为简单的外部设备，且未被授权访问总线，网络网路由传输介质和网络链接器构成，前者用PROFIBUS专用屏蔽双绞电缆构成电气网络；后者由RS-485总线连接器、RS-485总线终端等构成。

现以八钢180吨行车为例介绍行车现场总线系统的组成。180吨行车电气部分由全套西门子产品组成，PROFIBUS-DP网的配置如图1所示，PLC（S7300）作为一级DP站，通过DP口与PROFIBUS总线联络，作为主设备，它负责读取悬挂在总线上的所有分布式I/O模块的变频器和调压装置的状态字，同时进行变频器和调压装置控制字的传送。6ES70变频器和6SG70调压装置加上CBP2通讯板（PROFIBUS通讯模块）后作为从站，由于6ES70变频器和6SG70调压装置具有快速的输入响应、优化的矢量控制等特点，且数据传输方式以串行的数字方式为主，所以丝毫不影响传输数据的可靠性和抗干扰性。

3 控制系统的数据通讯

在180吨行车的总线控制系统中，PROFIBUS-DP的通讯协议的信息帧分为协议头、用户数据和协议尾，用户数据结构被指定为参数过程数据对象（PPO），6ES70变频器和6SG70调压装置定义了五种PPO类型。参数值PKW是变频、调压装置运行要定义的一些功能码，如最大频率、基本频率、加/减速时间等，过程数据PZD用于传输控制字和设定值或状态字和实际值等输入输出的数据值。

以6ES70变频器为例，该变频与SIMATIC S7-300通讯，必须完成下列变频器功能码的设置：P918（ PROFIBUS地址）设定值可以是1―125之间，P927（修改参数的途径）=1（COMMS），P700（选择命令源）=6（PROFIBUS/FIELDBUS通讯链路现场总线）。

180吨行车通过PROFIBUS-DP网络将S7-300PLC与6ES70变频器和6SG70调压装置连接，通过编程软件STEP7完成硬件网络组态，为变频和调压装置分配网络地址，该地址必须与变频和调压装置CBP2板中设置相同，同时在程序中调用SFC“DPRD DAT”，SFC“DPWR DAT”系统功能块向变频和调压装置CBP2模块接收/发送过程数据，通过以上步骤，既完成对180吨行车控制系统PROFIBUS-DP网的组态和通讯。

4 控制系统的通讯控制软件设计

（1）PLC通讯接口模块的初始化。在现场总线启动前，必须先配置PROFIBUS总线，并分配各总线站的参数（总线的传输速率，总线的标准）、设定故障模式（包括诊断设置和诊断地址等）。

（2）对变频和调压装置进行读写操作。行车动作指令先进入PLC，然后通过PROFIBUS-DP网送至变频和调压装置，从而达到对变频和调压装置的控制，同时读取变频和调压装置的状态字。

（3）判断变频和调压装置是否处于故障状态。如出现包括通讯在内的故障，则立即终止动作。

（4）重复2、3步骤，依次对不同的变频和调压装置进行读写操作。

5 结语

现场总线技术是分散控制型控制系统的继承、延伸和进一步发展，采用PROFIBUS-DP现场总线的变频和调压装置控制系统，在八钢行车上是第一次使用，通过一年多的使用，发现整个系统可靠性高、控制精度高、响应速度快，故障率低，有很好的发展前景。

参考文献：

[1]PROFIBUS技术手册[K].1997.