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[摘要] PROFIBUS現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，引起傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結構的改變。WAGO公司充分利用現(xiàn)場總線技術開放性的特點，推出基于現(xiàn)場總線技術的先進控制系統(tǒng)。本文描述了基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的PLC控制系統(tǒng)在高爐本體中的應用，分析了系統(tǒng)結構組成及市場前景。
[關鍵詞] 現(xiàn)場總線、PROFIBUS-DP、PLC、分布式WAGO I/O系統(tǒng)
[Abstract] The development of PROFIBUS feildbus technology results in the changes in the construction of the traditional control system. WAGO company promotes their Advanced Control System Based on the Feilbus. The thesis describe the procedure of the blast furnace PLC control system evolving into Advanced Control System Based on the Feilbus, and analysis the construction of the system and its potential market
[Key word] Feilbus、PROFIBUS-DP、PLC、WAGO-I/O

       1.         概述

唐山不銹鋼有限責任公司450立方米高爐本體測控系統(tǒng)PLC控制選用的是集中式I/O設計，數(shù)據采集和處理都集中在PLC控制室內完成，這就造成線纜繁多，走線復雜，干擾嚴重，維護困難；為提高企業(yè)生產現(xiàn)代化的程度，適應市場發(fā)展的要求，我公司對新增550立方米高爐本體自動化系統(tǒng)進行技術改造。

在原有設計中，主控室與各工位設備之間的線纜要經過地溝、線纜隧道等連接，長的線纜可達上百米，由于信號傳輸量大，為便于施工和維護，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠，我們決定采用西門子的Profibus-DP現(xiàn)場總線控制方式和分布式WAGO I/O產品相配合使用。

2. PROFIBUS網絡的特點
       PROFIBUS（Process Field Bus）是一個既簡單，又便宜并且有較高傳送速度的設備，作為一種總線標準，具有開放性、國際化、不依賴于設備生產商等特點?，F(xiàn)在，PROFIBUS現(xiàn)場 總線已經實現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出模塊、智能信號裝置和過程調節(jié)裝置與PLC和PC之間的數(shù)據傳輸，把I/O通道分散到實際需要的現(xiàn)場設備附近，從而使 整個系統(tǒng)的工程費用、裝配費用、硬件成本、設備調試和維修成本減少到最低。
     由 PROFIBUS構成的兼容網絡系統(tǒng)可應用于不同的場合，分為PROFIBUS-FMS，提供強有力的通信功能；PROFIBUS-DP，特別適合可編程控制器與現(xiàn)場分散的I/O設備之間的通信；PROFIBUS-PA，用于安全性較高的場合，允許對設備進行完全的內部操作。在高爐本體測控系統(tǒng)中，控制對象大部分為模擬量，而且比較集中地分布在現(xiàn)場的幾個位置，非常適于采用現(xiàn)場總線PROFIBUS-DP控制協(xié)議和分布式WAGO I/O產品相配合使用。

    3. WAGO-I/O-SYSTEM產品及主要特點：

WAGO-I/O-SYSTEM包括現(xiàn)場總線適配器，可編程現(xiàn)場總線控制器，750系列數(shù)字量輸入輸出模塊，750系列模擬量輸入輸出模塊，WAGO-I/O-PRO編程軟件，WAGO-I/O-CHECK啟動和診斷工具軟件。以上配置根據具體的要求做適當?shù)恼{整。

主要特點：

　a． 安裝容易 模塊化結構，體積小，節(jié)省空間，即插即用；WAGO籠式彈簧技術，接線簡單可靠，抗振動，免維護。
　  b． 使用靈活 用戶可以根據需要任意將各種功能模塊組合到一起，并可根據需要隨時更換總線適配器和其他功能模塊，為將來實現(xiàn)現(xiàn)場總線同意提供方便。
　　c． 功能齊全 能適應多種現(xiàn)場總線通訊方式及串行口通訊；功能模塊品種多，功能齊全，包含有適用于各種電壓等級信號的開關量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊，繼電器模塊，計數(shù)器模塊，電源模塊，接口模塊等。
　　 d． 設計經濟 每個模塊上的通道數(shù)量少，為經濟的設計現(xiàn)場總線節(jié)點提供了條件。
　　 e． 連接快速簡單 通過總線適配器將現(xiàn)場總線輸入/輸出系統(tǒng)快速連接到PLC或PC。
　　 f． 防護箱可達IP65防護等級 為適應工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的發(fā)展，例如化工業(yè)、食品業(yè)等系統(tǒng)的防護要求，以及冶金、化工等工礦企業(yè)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，WAGO為750系列提供了具有IP65防護等級的防護箱。
　　WAGO總線控制系統(tǒng)可以靈活地采用PROFIBUS，DericeNet，CANopen，MODBUS Ethernet，PROFINET等方案。

 4. 系統(tǒng)設備及結構配置

 本系統(tǒng)根據工藝要求，對高爐本體的爐身襯磚、爐底板及爐基、冷卻壁溫度進行檢測，對高爐本體冷卻水和氮氣介質系統(tǒng)的壓力、溫度、流量進行檢測，對工藝參數(shù)爐頂上升管壓力進行檢測及控制調壓閥組的快開閥、自動閥和量程閥等設備。

 在自動化控制設備選型時，考慮成本、控制穩(wěn)定性及應用普及率的綜合優(yōu)勢，最終選擇SIEMENS公司產品作為主站。其中主站采用S7-400產品，CPU選型為帶內置DP口的CPU；I/O從站共有5個，因控制對象大多為模擬量，確定為WAGO 750系列產品；上位機配置2臺，型號為SIMATIC PC-IL43并內部集成以太網接口通訊卡，與主站之間的通訊采用工業(yè)以太網。                如圖一所示：

                        圖一 網絡圖

   5個總線箱與CPU用一根PROFIBUS-DP線進行連接，當系統(tǒng)運行時，主站按順序訪問每個從站。其設置速度為1.5Mbps，信號傳輸僅為毫秒級。PROFIBUS-DP是一個抗電磁干擾的兩線差分系統(tǒng)即使在嚴重干擾或遠距離的環(huán)境下，現(xiàn)場總線均能保持良好的工作狀態(tài)?？偩€兩端接頭的撥碼開關分別撥到ON位置，其余幾個撥碼開關撥到OFF位置.在每個總線箱的旁邊分別設置了一個儀表箱，為現(xiàn)場的用電設備供電，一次儀表采用傳感器+變送器方式，信號輸出為4-20mA標準電流信號進入總線箱。

5個IP65防護等級的防護箱且盡量靠近現(xiàn)場測點。從現(xiàn)場儀表來的控制線直接接入I/O模板前連接器，不再經過中間端子，控制箱進纜孔采用橡膠密封圈，以防止?jié)駸釟怏w和灰塵進入。電纜屏蔽層夾在電纜卡子上直接接地，保證屏蔽層接地良好，總線控制箱分布于下圖二所示的位置。

圖二 WAGO-I/O-SYSTEM分布圖

      5.系統(tǒng)軟件的構成

      編程軟件采用STEP7 v5.3 , 將WAGO的GSD文件加入STEP7驅動文件中，便可以在辨識WAGO產品。人機界面選用SIEMENS WINCC5.1.，具有狀態(tài)監(jiān)控，報警提示，趨勢查詢的功能。

      6. 系統(tǒng)特點
     采用PROFIBUS技術后，與傳統(tǒng)的集中控制比較，該系統(tǒng)具有以下幾個特點：
a．系統(tǒng)設計更加方便，免去了PLC輸入/輸出的大量原理圖、接線圖的設計，出圖量大大減少，控制柜內設計、布線、裝配也更加簡便，加快了設計、生產周期。
b. 組態(tài)、調試更加容易，無需其他特殊軟件，在S7軟件包中，用鼠標拖拉即可完成PROFIBUS-DP的組態(tài)，不需要額外費用，設備故障就可以通過總線報告，故障定為更加方便。
c. 維護簡單，區(qū)域性劃分子站和模塊化組件的應用，以及強大的故障診斷能力，都為日后設備的維護帶來極大的便利。
d. 便于擴展和信息集成，PROFIBUS的使用將孤立的單元帶進了信息化網絡中，為今后系統(tǒng)擴展和企業(yè)綜合自動化的實現(xiàn)打下了良好的基礎。
e. 最終用戶工程造價降低，PROFIBUS技術的使用，節(jié)省了大量的線纜、橋架、端子排、柜體等，培訓和維護費用減少，這些都降低了工程總造價。下表顯示了傳統(tǒng)的集中控制與使用PROFIBUS系統(tǒng)部分材料使用比較。

      7. 結束語

      采用PROFIBUS技術和WAGO-I/O模塊及時可靠地把大量數(shù)據傳輸?shù)娇偪刂剖遥葌鹘y(tǒng)集中控制比較配置靈活，成本低，檢修簡單，不容易出現(xiàn)故障尤其是在系統(tǒng)設計、安裝調試、維護及擴展方面都具有十分明顯的優(yōu)勢。自從2005年9月份投入運行以來，系統(tǒng)運行情況穩(wěn)定，效果良好。