DP／DP Coupler在矯直機(jī)本體及換輥系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳燕麗

（山東鋼鐵集團(tuán) 萊蕪分公司 自動(dòng)化部 銀山軋區(qū)車(chē)間，山東 萊蕪 271104）

1 系統(tǒng)概述

萊鋼大型H型鋼生產(chǎn)線(xiàn)采用德國(guó)西馬克公司提供的緊湊型輥式矯直機(jī)（Compact Roller Straightenter），軋件在輥式矯直機(jī)中，經(jīng)過(guò)交錯(cuò)排列矯直輥的多次反向彎曲，使原始曲率的不均勻度逐漸減小，進(jìn)而矯直，使鋼板平直度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，滿(mǎn)足用戶(hù)要求。該系統(tǒng)功能分為兩個(gè)部分，即矯直機(jī)本體自控系統(tǒng)和矯直輥換輥系統(tǒng)，兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)通過(guò)DP／DP Coupler方式相互通訊，實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)的整體控制。

2 系統(tǒng)配置

2.1 網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

矯直機(jī)本體系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)采用Profibus-DP總線(xiàn)型拓?fù)渫ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)，使用光纖和Pr ofibus混用的通訊線(xiàn)路。在距離較遠(yuǎn)的ET200遠(yuǎn)程站和電磁干擾較高區(qū)域采用光纖作為通訊線(xiàn)路，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器（OBT）將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成接收Profibus通訊協(xié)議的電信號(hào)。在距離較近處直接鋪設(shè)費(fèi)用相對(duì)較低的Profibus通訊電纜，在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上保證信號(hào)傳輸?shù)恼_性和穩(wěn)定性?，F(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜與ET200遠(yuǎn)程站的I／O接口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。該網(wǎng)絡(luò)抗電磁干擾能力強(qiáng)、抗震性能好、集成程度高，有強(qiáng)大的診斷和自診斷功能，充分發(fā)揮了現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的諸多優(yōu)點(diǎn)。

換輥系統(tǒng)采用西門(mén)子PLC-300控制，控制系統(tǒng)包括一個(gè)PLC柜和一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)操作柜，通訊網(wǎng)絡(luò)采用Profibus-DP總線(xiàn)型拓?fù)渫ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜與ET200遠(yuǎn)程站的I／O接口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。矯直機(jī)本體系統(tǒng)與換輥系統(tǒng)之間通過(guò)DP／DP Coupler方式相互通訊傳輸數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)矯直機(jī)的整體控制。

矯直機(jī)系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。圖1中虛線(xiàn)為光纜，黑色粗實(shí)線(xiàn)為Profibus-DP線(xiàn)，黑色細(xì)實(shí)線(xiàn)為電源線(xiàn)。

2.2 Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制技術(shù)

在矯直機(jī)本體控制系統(tǒng)中，我們采用光纖總線(xiàn)終端傳輸?shù)腜r ofibus技術(shù)。使用光纖總線(xiàn)終端可將沒(méi)有集成式光學(xué)接口的Profibus設(shè)備連接至光學(xué)線(xiàn)纜上。由于PLC離現(xiàn)場(chǎng)較遠(yuǎn)，我們采用PCF光纖電纜，該光纜最大可用距離為300 m。光纖總線(xiàn)終端支持所有Pr ofibus，最高的數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)12 Mb／s。

圖1 矯直機(jī)系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)

Profibus是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通訊與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。而Profibus-DP是一種高速且優(yōu)化的通訊方案，主要用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)與分布式I／O及其他現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備之間的通訊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的高速數(shù)據(jù)傳送。

2.3 基于DP／DP Coupler網(wǎng)絡(luò)耦合器的通訊連接

在矯直機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，矯直機(jī)本體自控系統(tǒng)和矯直輥換輥系統(tǒng)分別由一套獨(dú)立的西門(mén)子S7-400和S7-300控制，為了使這兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行通訊共同完成矯直機(jī)的自動(dòng)控制，我們采用了西門(mén)子公司的SimATIC DP／DP Coupler網(wǎng)絡(luò)耦合器。SimATIC DP／DP Coupler配有2個(gè)獨(dú)立的DP接口，用于連接兩個(gè)物理上相互獨(dú)立的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。

DP DP Coupler在其兩側(cè)DP網(wǎng)絡(luò)中都作為從站工作，以從站的方式將一側(cè)網(wǎng)絡(luò)上的主站數(shù)據(jù)傳送給另外一側(cè)網(wǎng)絡(luò)上的主站，數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)12 Mb／s。DP／DP Coupler的I／O 區(qū)必須按照1∶1配置，即一側(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入數(shù)據(jù)長(zhǎng)度要等于另一側(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

3 硬件配置

矯直機(jī)本體自動(dòng)控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-400PLC控制，PLC控制系統(tǒng)與本地操作臺(tái)控制系統(tǒng)采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備級(jí)采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊，PLC控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)ET200、旋轉(zhuǎn)編碼器、位移傳感器采用Pr ofibus-DP通訊。

矯直機(jī)換輥系統(tǒng)采用S7-300PLC控制，PLC控制系統(tǒng)與操作臺(tái)控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)儀表和設(shè)備級(jí)采用Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行通訊。

兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)之間通過(guò)DP／DP Coupler網(wǎng)絡(luò)耦合器連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換共同完成矯直機(jī)的自動(dòng)控制。矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件配置圖見(jiàn)圖2。

圖2 矯直機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件配置圖

4 兩個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)之間DP／DP Coupler的配置

4.1 DP／DP Coupler概述

DP／DP Coupler用于連接兩個(gè)Profibus-DP主站網(wǎng)絡(luò)，以便在這兩個(gè)主站網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)通訊區(qū)最高可達(dá)244個(gè)字節(jié)的輸入和244個(gè)字節(jié)的輸出。DP／DP Coupler具有以下特點(diǎn)：連接兩個(gè)不同的Pr ofibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通訊速率、站地址可以不同；最多可建立16個(gè)I／O數(shù)據(jù)交換區(qū)；兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)電氣隔離，一個(gè)網(wǎng)段出現(xiàn)故障不會(huì)影響另一個(gè)網(wǎng)段的運(yùn)行等。

4.2 DP／DP Coupler連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的配置

對(duì)于DP／DP Coupler連接的兩個(gè)網(wǎng)段，通訊速率可以不同，因此DP／DP Coupler非常適用于不同通訊速率的兩個(gè)Profibus-DP主站系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，但是對(duì)于通訊數(shù)據(jù)區(qū)，網(wǎng)絡(luò)1的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)2的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng)，同樣網(wǎng)絡(luò)2的輸入?yún)^(qū)必須和網(wǎng)絡(luò)1的輸出區(qū)完全對(duì)應(yīng)，否則會(huì)造成通訊故障，圖3顯示了兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)通訊區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖3 DP／DP Coupler數(shù)據(jù)通訊

4.2.1 DP／DP Coupler配置

在西門(mén)子編程軟件PCS7中打開(kāi)矯直機(jī)本體自控系統(tǒng)硬件組態(tài)，選擇需要增加DP／DP Coupler的一條Profibus-DP通訊網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)的通訊速率，從硬件目錄中將DP／DP Coupler拖拽到Profibus Master中，如圖4所示。

圖4 DP／DP Coupler硬件配置圖

雙擊硬件組態(tài)中DP／DP Coupler，打開(kāi)屬性對(duì)話(huà)框，設(shè)置DP地址及其他屬性，然后組態(tài)矯直機(jī)本體與換輥系統(tǒng)的通訊接口區(qū)，如圖5所示。

圖5 DP／DP Coupler模板配置圖

這樣，矯直機(jī)本體自控系統(tǒng)DP／DP Coupler配置組態(tài)完畢。換輥系統(tǒng)DP／DP Coupler的配置組態(tài)相同。

4.2.2 通訊測(cè)試

首先對(duì)DP／DP Coupler模塊的兩個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)利用PCS7分配Pr ofibus地址，然后將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的硬件及程序下裝到CPU中，對(duì)通訊狀態(tài)及數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控。將OB85～OB87下裝到CPU中防止因通訊故障導(dǎo)致CPU停機(jī)，對(duì)于連續(xù)的數(shù)據(jù)區(qū)（組態(tài)為“Total Length”）必須在 OB1中調(diào)用SFC14（DPRD＿DAT）、SFC15（DPWD＿DAT）以保證兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的所有應(yīng)得數(shù)據(jù)通訊在一個(gè)通訊周期內(nèi)完成。

通訊建立后，在兩個(gè)系統(tǒng)中分別建一個(gè)變量監(jiān)控表，將兩個(gè)系統(tǒng)之間通訊的數(shù)據(jù)加入變量監(jiān)控表進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，矯直機(jī)本體系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)是與換輥系統(tǒng)的輸出信號(hào)相對(duì)應(yīng)的。

5 總結(jié)

萊鋼大型H型鋼矯直機(jī)系統(tǒng)功能復(fù)雜，涉及矯直輥調(diào)整技術(shù)、各種回路調(diào)節(jié)控制以及二級(jí)追蹤的模糊邏輯控制等。矯直機(jī)本體自動(dòng)控制系統(tǒng)和矯直輥換輥?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)DP／DP Coupler網(wǎng)絡(luò)耦合器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了兩套自控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通訊，共同完成了矯直機(jī)的自動(dòng)控制，確保了成品鋼材得到最佳的鋼板平直度及最低的殘余應(yīng)力，達(dá)到了提高成品鋼材質(zhì)量、降低能源消耗、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)效益的目的。