摘要：介紹西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)在萊鋼冷軋單機架冷軋機控制系統(tǒng)中的使用及配置方法。重點介紹西門子工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP、底板K總線等通訊的組成構(gòu)架、硬件配置及編程要點。

關(guān)鍵字：單機架冷軋機;西門子工業(yè)以太網(wǎng);PROFIBUS-DP;底板K總線

1 概況

萊鋼冷軋廠1#單機架冷軋機控制系統(tǒng)采用SIEMENS S7 400系列PLC，整套控制系統(tǒng)包括3套S7 400系列CPU、1套SIEMENS FM458高性能閉環(huán)控制器、12個SIEMENS ET200M遠(yuǎn)程分布式從站、2臺HMI微機、1個工程師站。服務(wù)于和受控于該系統(tǒng)的項目還包括測厚儀、測速儀、張力計、板型儀以及多臺SIEMENS交直流調(diào)速器。

此系統(tǒng)各部分通過西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進行連接，實現(xiàn)了如下功能：

(1)3# S7 400 CPU用來控制輔助液壓站、AGC液壓站及乳化液站的運行，它與HMI操作員站、工程師站以及測厚儀操作站、板型儀操作站都通過工業(yè)以太網(wǎng)與1# S7 400 CPU連接，完成高速、高性能的數(shù)據(jù)交換。

(2)1#、2# S7-400 CPU通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與ET200M從站形成分布式結(jié)構(gòu)，使得整個系統(tǒng)的配置簡單、可靠、實用，便于調(diào)試和維護。板型儀、張力計以及交直流調(diào)速器也通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與CPU進行連接，將板型、張力等實時數(shù)據(jù)反饋給CPU和FM458。

(3)1#、2# S7 400 CPU通過底板K總線進行通信，將順序控制及主令控制中的重要參數(shù)進行高速傳送。

2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的組成與配置

2.1工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)具有啟動快速、靈活性好、可靠性高等優(yōu)點，在1#單機架冷軋機的控制系統(tǒng)中，兩個S7 400站與HMI操作員站、工程師站以及測厚儀操作站、板型儀操作站都通過工業(yè)以太網(wǎng)相連。

工業(yè)以太網(wǎng)的設(shè)置簡單，首先對CP443-1進行設(shè)置，將1個S7 400站的CP443-1的IP地址設(shè)為100.100.100.11，另一個S7 400站的CP443-1的IP地址設(shè)為100.100.100.12。相應(yīng)的，各操作站電腦的IP地址也要設(shè)置在100.100.100.**網(wǎng)段內(nèi)。

3# S7 400 CPU與1# S7 400 CPU之間還需要進行編程，如圖1：

圖1 3#CPU與1#CPU之間的通信編程

圖1所示為3#CPU中所需要的程序，F(xiàn)C50、FC60為工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送、接收模塊，ACT用于激活調(diào)用塊，ID為3#CPU在網(wǎng)絡(luò)中的ID號，LADDER與ID都可在網(wǎng)絡(luò)配置中對CPU查看屬性獲得，SEND與RECV是將要發(fā)送的數(shù)據(jù)源地址和接收到的數(shù)據(jù)將要存放的地址。3#CPU中從DB44.DBX0.0開始的12個字節(jié)被發(fā)往1#CPU,從1#CPU中接收的數(shù)據(jù)存放于從DB43.DBX0.0開始的12個字節(jié)中。

通過工業(yè)以太網(wǎng)，3#CPU將液壓站、乳化液站的運行信息發(fā)往1#CPU并接收來自1#CPU中關(guān)于機組狀態(tài)的重要數(shù)據(jù)。

2.2 PROFIBUS-DP

PROFIBUS現(xiàn)場總線系統(tǒng)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(diào)節(jié)裝置與PLC及直流、交流調(diào)速裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸，把I/O通道分散到實際需要的現(xiàn)場設(shè)備附近，減少安裝和布線的費用，并且具有較強的抗干擾能力。

1#單機架冷軋機控制系統(tǒng)采用西門子ET200M分布式從站結(jié)構(gòu)，采集現(xiàn)場數(shù)字、模擬信號送往CPU處理并將CPU發(fā)出的指令送往現(xiàn)場設(shè)備。

在此系統(tǒng)中，PLC與西門子交直流調(diào)速器的通信也采用PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。每臺調(diào)速器都被定義了一個在當(dāng)前DP網(wǎng)絡(luò)中唯一的地址，地址確定以后，自動生成輸入輸出地址，總長度為12個字節(jié)，用來儲存接收自PLC的控制字及發(fā)往PLC的狀態(tài)字。

PLC與調(diào)速器的通信需要在STEP7軟件中進行編程，如圖2：

圖2 PLC與變頻器通信編程舉例

圖2所示為PLC與上卷小車變頻器通信所需要的程序。SFC14(DPRD_DAT)用來從DP網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，SFC15(DPWR_DAT)用來向DP網(wǎng)中的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)。此例中，LADDR引腳為上卷小車變頻器在被定義DP地址后自動生成的診斷地址，用16進制來表達;RET_VAL用來存放錯誤代碼;RECORD引腳定義了PLC與上卷小車變頻器進行讀寫操作時已讀取數(shù)據(jù)的存放區(qū)域與要發(fā)往變頻器的數(shù)據(jù)源地址。在此次通信中，從DB536.DBX0.0開始的12個字節(jié)(控制字)被發(fā)往變頻器，之后從變頻器讀取的數(shù)據(jù)(狀態(tài)字)存放于從DB537.DBX0.0開始的12個字節(jié)中。調(diào)速器根據(jù)控制字的要求，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、升速、降速、制動、停車等一系列動作，同時，CPU通過對狀態(tài)字的讀取可以得到調(diào)速器當(dāng)前的運行速度、電流等信息，從而做出正確的響應(yīng)。

2.3 底板K總線通信

西門子400系列中部分CPU支持多CPU模式，即在一個背板上可以插入最多4個 CPU，通過簡單的加入CPU可以實現(xiàn)性能的按比例升級，增加內(nèi)存、標(biāo)準(zhǔn)區(qū)、計數(shù)器等系統(tǒng)資源，可以將一個復(fù)雜的大任務(wù)拆分到各個CPU中完成，并且多個CPU可以共用一個CP模板與外部通訊。多CPU模式下，各CPU之間不需要添加硬件而是通過底板K總線進行通訊，所有在一個通訊K總線上操作的CPU運行狀態(tài)都將自動同步。

1#單機架冷軋機400站中的兩個CPU型號分別為416-2DP與412-2DP，兩個CPU被插在同一個機架中，由一個PS 407 20A電源模塊供電，用同一個CP 443-1通信模板與工業(yè)以太網(wǎng)通信，并且各自掛載著相應(yīng)的DP網(wǎng)絡(luò)。兩個CPU通過底板K總線通信，分別承擔(dān)軋機的主令控制及順序控制功能。

要實現(xiàn)多CPU通信，需要在STEP7中編程，調(diào)用SFB12(BSEND)與SFB13(BRCV)，如圖3：

圖3 兩個S7 400 CPU通過底板K總線通信的編程

圖3所示為在1# CPU(416-2DP )中的編程，SFB13(BRCV)接收來自類型為"BSEND"的遠(yuǎn)程伙伴SFB/FB的數(shù)據(jù)。在收到每個數(shù)據(jù)段后，向伙伴SFB/FB發(fā)送一個確認(rèn)幀，同時更新LEN參數(shù)。在塊調(diào)用完畢，并且在控制輸入EN_R數(shù)值為1之后，塊準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。由RD_1指定起始地址和接收區(qū)的最大長度。由LEN指示已接收數(shù)據(jù)域的長度。

SFB(BSEND)向類型為"BRCV"的遠(yuǎn)程伙伴SFB/FB發(fā)送數(shù)據(jù)。相對于通過所有其他類型的SFB/FB通訊，通過這種類型的數(shù)據(jù)傳送，可以在通訊伙伴之間為所組態(tài)的S7連接傳輸更多的數(shù)據(jù)。

2#CPU(414-2DP )通過SFB13接收從1# CPU(416-2DP )發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度為102個字節(jié)，存儲在以DB42.DBX0.0開始的102個字節(jié)中，同時通過SFB12將DB41.DBX0.0開始的56個字節(jié)發(fā)送至2#CPU。2#CPU中的編程與此類似，不再贅述。

兩個CPU之間通過底板K總線通信，將順序控制與主令控制之間的必要參數(shù)進行高速交換，大大提高了整個控制系統(tǒng)的運行速度與精度。

3 結(jié)語

西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用使萊鋼冷軋機的控制水平得到極大提高，保證了設(shè)備在工況惡劣，抗干擾性要求比較高的工業(yè)環(huán)境中正常運行。達到了提高板材質(zhì)量、優(yōu)化控制工藝、減少設(shè)備維護成本的目的。

參考文獻

[1] 崔堅. 西門子網(wǎng)絡(luò)通信指南(上、下)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] 鮑伯祥. 西門子TDC編程及應(yīng)用指南[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社.2007:102-357.

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