西门子现场总线在中板精整设备中的应用
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1 前言
随着计算机技术和通讯技术的发展，在冶金工业控制系统中采用总线技术，使基础自动化之间的各设备通过通讯相连，提高系统的可靠性、安全性和开放性。现场总线技术作为一种实现现场级设备数字化通讯的网络技术，它将自动控制系统与设备加入到工厂的信息网中，成为工厂信息网络的低层，使工厂信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。现场总线技术的出现和发展，使得构建一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能。
PROFIBUS现场总线作为符合欧洲标准EN50170的现场总线系统，由西门子、ABB、E+H等十几家公司和德国联邦技术部共同推出，是目前国际上推广速度最快、用户最多、应用范围最广、最有发展前景的现场总线。
2 项目简介
我国的钢铁产量早已经居于世界前列，但仅相对于产量来言。而我国钢材的品种和特种钢材的产量却远远落后。为进一步增加我国钢产量的品种和特钢的产量，以满足日益增大的钢材的需求量，特别是造船、汽车、建筑等行业的快速发展对钢材的精加工提出了更高的要求。
正是在这种情况下，结合重钢环保搬迁项目，我们对重钢项目的控制系统进行了彻底的改造，整个搬迁改造从加热炉开始，包括轧机、飞剪、矫直机、冷床、辊道、切分剪、铡刀剪、双边剪、定尺剪，最后到收集装置。
3 控制系统概况
我们负责该项目精整部分的改造，具体负责的设备为冷床、辊道、切分剪、铡刀剪、双边剪、定尺剪及收集装置。
根据设备的布置和工艺的需要，我们设计将精整部分分为四个区：切分剪和其区域辊道；铡刀剪和其区域辊道；定尺剪和其区域辊道；双边剪和其区域辊道。每个区采用一台西门子S7-400的PLC来进行控制，各区之间通过工业以太网通讯交换信息，区域内部则通过现场总线将远程I/O和调速装置相连接。
一般一个典型的工厂自动化系统应该是三级网络结构。基于现场总线PROFIBUS－DP/PA控制系统位于工厂自动化系统中的底层，即现场级与车间级。现场总线PROFIBUS是面向现场级与车间级的数字化通讯网络。
(1) 现场设备层
主要功能是连接现场设备，如分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备等，完成现场设备控制及设备间连锁控制。主站（PLC、PC机或其它控制器）负责总线通讯管理及所有从站的通讯。总线上所有设备生产工艺控制程序存储在主站中，并由主站执行。一般我们称为基础级。
(2) 车间监控层
车间级监控用来完成车间生产设备之间的连接，如一个车间3条生产线主控制器之间的连接，完成车间级设备监控。车间级设备监控包括生产设备状态在线监控、设备故障报警及维护等。通常还具备诸如生产统计、生产调度等车间级生产管理功能。一般我们称为过程级。
(3) 工厂管理层
车间操作员工作站可以通过集线器与车间办公管理网连接，将车间生产数据送到车间管理层。车间管理网作为工厂主网的一个子网。一般我们称为管理级。
下面详细介绍控制系统的设备选型及方案：
如图，是重钢改造精整部分的PLC控制框图。从框图中我们清楚地看到，每个区域选用一个西门子的S7-400型PLC作为主控制器，在每个区域所有的现场信号都就地进入了相应的远程I/O站；所有的调速装置（由整流/回馈装置供电的逆变器）也通过PROFIBUS通讯卡连接到现场总线；同时还有就地的操作屏和其它仪表。考虑到总线的传输距离，抗干扰能力和传输速率，在有的区域现场总线不止一个，距离太远时增设相应的远传装置（调制解调器）。
为便于操作，每个区域都设有相应的操作员站，操作员站通过工业以太网和PLC及管理级交换数据信息。操作员站采用工控PC机，配置WINCC监控软件，具有操作、监视、参数设定、故障报警、数据统计、班报日报等功能。
为便于维护和监视设备，提高劳动生产力，在一定的区域设置工程师站，以便于随时修改工艺参数，修改运行程序。
4 结束语
基于现场总线技术的计算机控制系统，实现了整个生产过程的自动化控制。采用现场总线(Profibus)技术，其显著特点是开放性，允许不同厂家按照现场总线技术标准，开发具有特色及自主技术的产品。在此，将现场总线技术引入自动化控制系统，促使传统控制系统结构演化，逐步形成基于现场总线的控制系统FCS。现场总线是用于现场仪表与控制系统之间的一种全分散、全数字化、智能、双向互联、多变量、多点、多站的通信网络系统。具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全、造价低廉、维护成本低等特点。
现场总线技术使现场级设备的信息作为整个企业信息网的基础，提高了控制系统的信息处理能力和运行可靠性，节省了系统的硬件和布线费用，方便了用户对系统的组态、管理和维护[3][4][5]。
Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
参考文献
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