Profinet技術(shù)在冷軋重卷機組上的應用

紀云龍，李 俊，胡 聰，高 敏

（安陽鋼鐵集團冷軋公司，河南安陽 455004）

1 工藝概述

安鋼1550 mm冷軋重卷機組生產(chǎn)線由國內(nèi)自主設(shè)計與制造。生產(chǎn)過程中最高速度可達200 m/min，主要用于冷軋卷和鍍鋅卷的分切和重卷。安鋼重卷機組主要工藝流程見圖1，采用單開卷，經(jīng)過焊機、切邊和涂油，按不同訂單要求進行重新卷曲，以滿足下游客戶的不同要求。

圖1 重卷機組工藝流程

2 控制方案

重卷生產(chǎn)線自動化程度高，現(xiàn)場傳感器、執(zhí)行器、操作箱分布散，分布面大，控制單元點多，如果采用Profibus-DP網(wǎng)絡，DP網(wǎng)絡鏈路非常長，網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量達不到現(xiàn)場要求。因此對現(xiàn)場檢測元件和操作箱的控制網(wǎng)絡采用了最新的Profinet網(wǎng)絡。而對現(xiàn)場絕對值編碼器，糾偏裝置和傳動單元等相對集中的設(shè)備還采用傳統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)絡。因此安鋼冷軋重卷機組采用了雙網(wǎng)并行的運行方式，既節(jié)約了投資，又滿足現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸要求，同時通過對新一代網(wǎng)絡技術(shù)的應用，為新項目的自動化控制儲備技術(shù)力量。

Profinet是西門子公司推出新一代工業(yè)現(xiàn)場總線，與上一代Profibus總線相比有本質(zhì)區(qū)別。主要特點：①Profinet基于工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議開發(fā)而成的工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。囊括了諸如實時以太網(wǎng)、運動控制、分布式自動化、故障安全以及網(wǎng)絡安全等當前自動化領(lǐng)域的熱點話題，并且，作為跨供應商的技術(shù)，可以完全兼容工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)有的現(xiàn)場總線（如Profibus）技術(shù)，保護現(xiàn)有投資。②更高的數(shù)據(jù)傳輸速率Profibus傳送速度可在9.6 kbaud～1.5 Mbaud選擇。Profinet數(shù)據(jù)傳輸可以達到100 Mbaud。③Profibus網(wǎng)絡拓撲采取的是總線拓撲結(jié)構(gòu)，如果1個子站出現(xiàn)問題，后續(xù)子站網(wǎng)絡都無法鏈接。Profinet采取的是基于工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，以路由器為傳輸核心，各子站并行與PLC進行數(shù)據(jù)交換，如果1個子站故障，不會影響其他子站的數(shù)據(jù)交換，在生產(chǎn)實踐中更加便于處理問題。

3 網(wǎng)絡設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)硬件配置

控制系統(tǒng)主要采用西門子公司SIMATIC 400系列PLC。其中共用PLC以SIMAIC 400系列中416-2 CPU為核心，配置了CP443-5通信模板和CP443-1通信模板?，F(xiàn)場的執(zhí)行單元的聯(lián)系采用的是Profinet總線，重卷機組所選Profibnet模板為IM-153-4 ET200M遠程站模板，IM153-4遠程站是西門子公司針對Profinet研發(fā)，協(xié)議固化硬件之中，采用組態(tài)軟件直接組態(tài)使用?，F(xiàn)場絕對值編碼器、變頻器、糾偏裝置還采用Profibus-DP總線。

PLC在系統(tǒng)硬件組態(tài)采用SIMATIC Manage 7軟件，人機操作員界面使用的是西門子WINCC軟件。重卷機組網(wǎng)絡系統(tǒng)配置如下圖（圖2），現(xiàn)場共設(shè)有一級服務器（L1服務器），二級服務器（L2服務器）和人機接口服務器（HMI服務器）。同時在操作臺和電氣室設(shè)置了操作站和工程師站，以便現(xiàn)場人員的操作和現(xiàn)場維護。

圖2 重卷機組網(wǎng)絡系統(tǒng)

3.2 Profinet網(wǎng)絡硬件配置

現(xiàn)場的所有傳感器，執(zhí)行器都連接在Profinet遠程站上，硬件連接是否正確，關(guān)系到整個控制系統(tǒng)能否正常工作。

（1）Profinet網(wǎng)絡所帶子站的多少完全與路由器的物理端口相關(guān)聯(lián)。

（2）Profinet網(wǎng)絡首末段無需安裝終端電阻。

（3）采用接口模板IM153-4自帶Profinet協(xié)議，在硬件配置過程中與Profibus一樣方便。

（4）網(wǎng)絡連接采用工業(yè)以太網(wǎng)線，端口采用RJ45，通過路由器直接與IM153-4直接相連。

硬件組態(tài)軟件采用SIMATIC manager，SIMATIC manager具有在線故障診斷功能，設(shè)備維護人員能夠快速、準確地找到故障發(fā)生的位置，并排除故障。使得設(shè)備的故障停機時間大幅度的減少，這也是使用現(xiàn)場總線技術(shù)的最大優(yōu)勢。

3.3 Profibus網(wǎng)絡軟件調(diào)試

PLC硬件安裝完成和Profibus組態(tài)完成后，數(shù)據(jù)能否可靠傳輸，很大程度上取決于應用軟件編程?？刂栖浖捎肧TEP 7進行編程，充分利用了STEP 7提供的豐富軟件指令。編程采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計，主控邏輯程序放在FC功能塊中，F(xiàn)C程序調(diào)用邏輯放在OB組織塊中，通信具體數(shù)據(jù)放在DB數(shù)據(jù)塊中。由于Profibus-DP協(xié)議固化在各執(zhí)行、傳動單元的通信適配模板之中，網(wǎng)絡組態(tài)完畢即可使用，不需編程。軟件采用STL語句表如下。

FC50、FC60是系統(tǒng)標準功能塊，F(xiàn)C50是發(fā)送塊，F(xiàn)C60是接收塊。ACT表示塊激活，ID表示網(wǎng)絡配置標識地址，LADDR為硬件配置參數(shù)，SEND為數(shù)據(jù)塊中的被發(fā)送數(shù)據(jù)的起始地址，RECV為數(shù)據(jù)塊中的被接收數(shù)據(jù)的起始地址，LEN為發(fā)送字長，DONE為執(zhí)行碼，ERROR為錯誤碼，STATUS為狀態(tài)碼。

4 結(jié)束語

冷軋重卷機組的生產(chǎn)線控制系統(tǒng)要求控制水平高，控制可靠，擴展性好。隨著新一代的現(xiàn)場總線Profinet網(wǎng)絡的使用，現(xiàn)場控制更加穩(wěn)定，基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，信號傳輸速度不再想Profibus受到最高速率的限制。同時為二級三級系統(tǒng)直接整合現(xiàn)場信號提供了的有效的接口。不論是系統(tǒng)改造或項目新建都有非常廣泛的推廣價值。

[1]崔堅，李佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡通信指南（上，下）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015.

[2]孫一廉.冷軋生產(chǎn)自動化技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.