采用现场总线和PLC器件实现板坯连铸机电气自动控制系统的设计

1、引言

板坯连铸机电气基础自动化控制系统是保证连铸机正常生产的关键系统，相对其它系统而言，对于系统硬件的可靠性、稳定性上要求更高。济钢三炼钢板坯连铸机基础自动化控制系统，采用德国SIEMENS公司的S7系列产品，组合成仪控合一的基础自动化控制系统，PLC之间相互通讯的媒介为PROFIBUS总线。PROFIBUS总线在板坯连铸机系统中应用广泛，在设备运行过程中显示出了它强大的稳定性和可靠性。

2、PROFIBUS总线简介

PROFIBUS协议结构是根据ISO7498国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层，第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三－六层未使用，第七层为应用层亦即用户接口层。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUS设备的设备行为。PROFIBUS由三个兼容部分组成，即：（1）PROFIBUS_DP（Decentralized Periphery）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24VDC或4-20mA信号传输；（2）PROFIBUS_PA（Process Automatic）专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范；（3）PROFIBUS_FMS（Fieldbus Message Specification ）用于车间级监控网络，是一个令牌结构，实时多主网络。

3种PROFIBUS（DP、FMS、PA）均使用一致的总线存取协议。该协议是通过OSI参考模型第二层（数据链路层）来实现的。它包括了保证数据可靠性技术及传输协议和报文处理。但以PROFIBUS_DP的高速、高可靠性、低成本通信应用最为广泛，济钢三炼钢板坯连铸机系统中的网络通讯采用的就是PROFIBUS_DP总线。其特征及现场应用介绍如下。

3、PROFIBUS_DP控制网络在连铸机中的应用

3.1 连铸机系统总线的选取

在种类繁多的现场总线中，PROFIBUS_DP以高速低成本通信的优势，用于设备级控制系统与分散式I／O的通信，满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求，使用PROFIBUS_DP可取代24VDC或4-20mA信号传输的通信需求。另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在现场“分散I/O”领域，大量的、各种各样的、可连接的现场设备，如：变频器、MP270、C7等都可连接使用。现场PROFIBUS_DP应用中采用RS-485双绞线作为传输介质，波特率为1.5M bit/s。

3.2 连铸机系统PROFIBUS_DP总线的结构形式

PROFIBUS_DP现场总线技术的存取控制，一方面同一级的可编程序控制器或PC之间的通信必须使每一个总线站（节点）在确定的时间范围内能获得足够的机会来处理它自己的通信任务。另一方面，复杂的PLC或PC与简单的分散的过程I/O外围设备之间的数据交换必须是快速而准确的。

（1）总线主-从程序。三炼钢连铸基础自动化系统有四大主PLC及结晶器液位、结晶其调宽和各单体设备PLC组成，各PLC即相互独立，又通过PROFIBUS_DP总线相互联系通讯，单就其四大主站单体而言，其中PLC作为主站，它负责在预定的信息周期内循环与从站交换信息，发送控制信息，读取从站的状态等，如图1。