Profibus-DP在纸机传动控制系统的应用
日期：2006-5-4 23:28:22 来源：本文摘自《PLC&FA》
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山东临清新投产的4400/550高级瓦楞原纸造纸机中，有24个传动点，四组负荷分配，3个张力控制点，总功率为2216.5kW。系统信息采集点多，通讯数据量大，通讯响应时间要短，若采取西门子S7200系列PLC和Modbus通讯以不能满足系统要求。故选用了西门子大型S7-400CPU为414-DP，采用通讯速率高(12Mbps)、信息处理能力更强的Profibus-DP网络，在现场设置5个操作屏，可实时监控纸机运行。并可与车间管理级计算机，DCS控制系统，QCS控制系统，工业以太网进行高速数据交换。是国内先进的纸机自动化控制系统。
Profibus是Process Fieldbus的缩写，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，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供可行的解决方案。Profibus的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强。此外它的三种模块(DP、FMS和PA)又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。
2.1 纸机控制系统结构
本控制系统采用交流变频传动控制，系统为三级控制方式，如图1所示。传动系统第一级为变频器控制级，变频器采用ABB公司ACS600系列直接转矩控制(DTC)变频器，配有闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。变频器上还配有Profibus-DP通讯板NPBA-12，与上位PLC组成Profibus-DP现场总线控制网络。
图1 纸机控制系统拓扑结构图
传动系统第二级为PLC控制系统，PLC采用西门子公司大型S7-400 CPU为414-2DP，操作台控制选用西门子OP27彩色操作屏, S7-400与变频器、OP27操作屏组成Profibus-DP现场总线控制网络, 完成整个纸机操作控制。
传动系统第三级为上位优化控制系统，采用DELL公司工业控制计算机,配置为PIV1.7G/21"，用于整个纸机传动系统状态监控。上位机采用西门子组态软件WinCC，可以通过工业以太网与QCS上位机、DCS上位机、车间管理级、厂级管理级等联网控制，实现纸机传动控制系统优化控制和自动控制。
2.2 Profibus DP网络硬件配置
每台变频器通过NPBA-12转接卡挂接到Profibus-DP网，全部采用光纤连接。故每台变频器需要一个NPBA-12。S7-400PLC通过RS485接口和DP网络相连，Profibus-DP网可采用屏蔽双绞线组成。因系统有24个主传动点，距离较长，为便于操作监控，在不同分部设置一个彩色操作屏OP27，共有5台。它们通过Profibus总线和S7-400 PLC相连。在DP网上，另挂两台S7-200PLC，都配有EM227 Profibus-DP接口，其作为主S7-400的从站。一台用于卷纸机自动换卷，另一台完成电气一体化辅助控制。上位机与S7-400 PLC之间采用Profibus-DP通讯方式控制，构成上位优化控制系统。此外，开放式的Profibus-DP网络可与DCS控制系统、QCS控制系统、工业以太网连接。与其进行信息数据交换，共同组成一个现代化的自动控制系统。
2.3 Profibus-DP网络软件配置
上位机软件配置为西门子公司的WinCC组态软件，WinCC与S7- 400组成Profibus-DP网络，可自由通讯，不需再另外设置。S7- 400PLC采用STEP7 V5.1编程软件。STEP7 V5.1支持多种Windows操作系统，可运行于Windows NT、Win98、Win2000等操作系统下，编程方便快捷。S7-200PLC采用Microwin编程软件，根据编程人员的不同习惯可采用梯形图、语句表、功能图语言编程。OP27是大型彩色操作屏，配有专用的Protool编程工具。
Profibus协议的结构定向根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OSI为参考模型，Profibus-DP只用了第一层、第二层和用户接口,第三层到第七层未加描述[2],如图2所示。
1 引言W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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山东临清新投产的4400/550高级瓦楞原纸造纸机中，有24个传动点，四组负荷分配，3个张力控制点，总功率为2216.5kW。系统信息采集点多，通讯数据量大，通讯响应时间要短，若采取西门子S7200系列PLC和Modbus通讯以不能满足系统要求。故选用了西门子大型S7-400CPU为414-DP，采用通讯速率高(12Mbps)、信息处理能力更强的Profibus-DP网络，在现场设置5个操作屏，可实时监控纸机运行。并可与车间管理级计算机，DCS控制系统，QCS控制系统，工业以太网进行高速数据交换。是国内先进的纸机自动化控制系统。
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2 Profibus现场总线技术
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Profibus是Process Fieldbus的缩写，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，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供可行的解决方案。Profibus的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，因此可以说它的标准适应性强。此外它的三种模块(DP、FMS和PA)又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。
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2.1 纸机控制系统结构
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本控制系统采用交流变频传动控制，系统为三级控制方式，如图1所示。传动系统第一级为变频器控制级，变频器采用ABB公司ACS600系列直接转矩控制(DTC)变频器，配有闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。变频器上还配有Profibus-DP通讯板NPBA-12，与上位PLC组成Profibus-DP现场总线控制网络。
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图1 纸机控制系统拓扑结构图
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传动系统第二级为PLC控制系统，PLC采用西门子公司大型S7-400 CPU为414-2DP，操作台控制选用西门子OP27彩色操作屏, S7-400与变频器、OP27操作屏组成Profibus-DP现场总线控制网络, 完成整个纸机操作控制。
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传动系统第三级为上位优化控制系统，采用DELL公司工业控制计算机,配置为PIV1.7G/21"，用于整个纸机传动系统状态监控。上位机采用西门子组态软件WinCC，可以通过工业以太网与QCS上位机、DCS上位机、车间管理级、厂级管理级等联网控制，实现纸机传动控制系统优化控制和自动控制。
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2.2 Profibus DP网络硬件配置
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每台变频器通过NPBA-12转接卡挂接到Profibus-DP网，全部采用光纤连接。故每台变频器需要一个NPBA-12。S7-400PLC通过RS485接口和DP网络相连，Profibus-DP网可采用屏蔽双绞线组成。因系统有24个主传动点，距离较长，为便于操作监控，在不同分部设置一个彩色操作屏OP27，共有5台。它们通过Profibus总线和S7-400 PLC相连。在DP网上，另挂两台S7-200PLC，都配有EM227 Profibus-DP接口，其作为主S7-400的从站。一台用于卷纸机自动换卷，另一台完成电气一体化辅助控制。上位机与S7-400 PLC之间采用Profibus-DP通讯方式控制，构成上位优化控制系统。此外，开放式的Profibus-DP网络可与DCS控制系统、QCS控制系统、工业以太网连接。与其进行信息数据交换，共同组成一个现代化的自动控制系统。
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2.3 Profibus-DP网络软件配置
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上位机软件配置为西门子公司的WinCC组态软件，WinCC与S7- 400组成Profibus-DP网络，可自由通讯，不需再另外设置。S7- 400PLC采用STEP7 V5.1编程软件。STEP7 V5.1支持多种Windows操作系统，可运行于Windows NT、Win98、Win2000等操作系统下，编程方便快捷。S7-200PLC采用Microwin编程软件，根据编程人员的不同习惯可采用梯形图、语句表、功能图语言编程。OP27是大型彩色操作屏，配有专用的Protool编程工具。
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3 Profibus-DP通讯功能及传输技术
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Profibus协议的结构定向根据ISO7498国际标准以开放系统互联网络OSI为参考模型，Profibus-DP只用了第一层、第二层和用户接口,第三层到第七层未加描述[2],如图2所示。
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