ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线在热处理车间物流系统中的应用

摘要：本文介绍了PROFIBUS现场总线技术在压力容器热处理车间中的应用。该系统采用PROFIBUS-DP和PROFIBUS-FMS现场总线构成网络系统的现场级和车间级，通过操作站接入工厂以太网络，实现与其他车间的资源与数据共享。现场运行效果表明，采用PROFIBUS现场总线技术能提高压力容器热处理车间物流系统的自动化控制水平，降低系统的运行成本。

关键词：现场总线；PROFIBUS；物流系统；热处理

中图分类号：F715 文献标识码：A

The Application of PROFIBUS in Material Flow System of Heat-treatment Workshop

Tan Liwu Yu Juying

(Department of electrical and electronics engineering, Nanchang Institute of Technology)

Abstract: The application of PROFIBUS in material flow system of heat-treatment workshop is described in this paper. In this system PROFIBUS-DP and PROFIBUS-FMS serve as local-layer and workshop-layer, it is connected with the plant Ethernet by operating station, so it can spare with the source and data with other workshop. The effects of the using PROFIBUS showed that it can improve the automation level of mass flow system in heat-treatment workshop and decade the operating costs of this system.

Key words: Field-bus; PROFIBUS; Material flow system; Heat-treatment

一、引言

现场总线PROFIBUS技术于1987年由SIEMENS公司等13家企业和5家科研机构联合提出，1996年6月批准为欧洲现场总线标准EN50170V.2.目前，根据国际IEC标准委员会达成的关于现场总线国际标准的妥协方案，PROFIBUS现场总线标准已经成为国际现场总线标准IEC61158的重要组成部分。PROFIBUS是目前最成功的现场总线之一，依照现场总线技术规范，不同厂家产品可以方便完成组态和集成，构成面向行业、适合行业特点的自主控制系统。

物流所要解决的问题是物流活动的机械化、自动化和合理化。而物流系统自动化在整个物流业中发挥关键的作用。所谓物流系统自动化就是有机的将自动化的思想和方法应用与物流过程中，使物流过程各环节合理结合以提高效率满足用户的要求。而传统热处理车间物流系统大多仍然处于人工或者半自动化状态，主要依靠操作人员多年积累的经验来控制生产。本文结合传统压力容器热处理的工艺过程，采用PROFIBUS技术对该车间物流系统进行改造，提高压力容器热处理车间物流系统的自动化控制水平，降低系统的运行成本。

二、系统结构和功能

1. 工厂级

车间操作站通过集线器与整个工厂厂区办公管理网络连接，将本车间生产数据送到工厂管理网，便于决策层对整个厂区的资源和数据进行管理，同时也便于该操作站从相关的共享数据库中获取所需要的数据。

在中央控制室用一台工控机作为操作站，工控机通过PCI插槽中的总线通信卡连接到PROFIBUS-FMS网络，实现对车间存储运输链和热处理工艺链的控制。在操作站上除了能够完成常规的控制操作，还可以单独操作系统中的每一台设备，同时操作站通过以太网卡接入到整个工厂的以太网，从工厂的数据库中获得各种需要的数据，并且将本车间各种重要信息显示在监视画面上。

2.车间级

车间级监控用来完成对整个热处理车间的工艺链和存储运输链的连接。车间级监控本车间所有设备的在线监控、设备故障报警及维护等工作；还可以进行各项生产统计、生产调度等管理功能。车间级网络监控采用了PROFIBUS-FMS完成。在车间现场的控制柜上安装了OP27操作员面板，通过该面板可以对本车间的存储运输链和热处理工艺链进行各种基本控制。OP27通过PROFIBUS-DP总线接入到PROFIBUS-DP网络中。

3.现场级

现场级主要功能是连接现场各种设备，包括远程PDPI/O模块、接近开关、气动执行机构、变频器等，完成现场设备控制及其设备间电气连锁控制。总线上所有设备的控制程序都存储在主站中，并且由主站执行。现场设备中远程I/O模块和变频器具备PROFIBUS-DP接口，而对于一些不具备总线接口的现场设备，我们采用分散式I/O接口作为暂时过渡的接口连入到现场总线控制系统中。

存储运输链主要负责将压力容器生产车间加工好的压力容器输送到压力容器热处理车间。存储运输链要保证热处理车间有足够的待处理压力容器进入到热处理工艺线，还要保证经过工艺线后的推车要及时返回到压力容器生产车间，从而保证整个生产环节之间的顺畅。存储运输链的控制主要依靠安装在存储运输链关键部位的停止器来实现。停止器可以控制推车的停止与通过，而各个停止器的动作都是由PLC通过PROFIBUS-DP网络中的远程I/O来控制的。

热处理工艺链主要是通过热处理工艺链PROFIBUS-DP网络中的变频器来控制退火炉加热电阻丝的发热功率来实现对压力容器的热处理。热处理工艺链PLC通过DP总线发送相应的指令给变频器，控制热处理工艺链的启动/停止和温度控制。

三、系统配置

采用一台工控机作为操作站，用于整个系统的监控，以及生产数据管理两套西门子S7-3152DP PLC分别作为热处理车间存储运输链和工艺链的控制器。两个链之间包括一个OP27的操作面板，和若干个远程数字输入模块和远程数字输出模块，以及数台西门子变频器。因为DP和FMS系统使用同样的传输技术和统一的总线访问协议，所以这两套系统可以在同一根电缆上同时操作。传送介质均采用专用的PROFIBUS电缆，其传输速率高达9.6Kbit/s-12Mbit/s,总线接头均使用PROFIBUS总线连接器，它是9针D型标准插头，带有终端电阻切换开关。

操作站软件为WINCC(5.1SP1版本)软件，网络平台为WINDOWS NT 4.0, WINCC自带数据库，并且提供监控画面和PLC组态工具（SETP7）。

四、系统调试中注意的问题

1.存储运输链

存储运输链主要负责将压力容器生产车间加工好的压力容器输送到压力容器热处理车间。生产车间的压力容器经过停止器控制进入到热处理工艺链，调试过程中对停止器的控制基本原则如下：

(1)当热处理退火炉在工作期间，停止器关闭，不容许推车把压力容器送入；当热处理过程完成后，确定推车退出退火炉，退火炉准备就绪，再打开停止器。

(2)当推车通过停止器时，停止器的动作被封锁，确保推车推到预定的位置。

(3)当推车通过停止器后，停止器要及时关闭，防止停止器发出双车，要采用电气连锁控制。

两个链之间推车的计数是由安装在起始和结束位置的接近开关来实现的，为了保证数据不会因为意外断电等原因而丢失，将它们实时保存到一个为该停止器专门创建的DB模块中，所有与这个停止器相关的数据都保存在该DB模块中。在具体调试中还要根据实际情况考虑其它一些因素，这里不作详细说明。

2.热处理工艺链

在热处理工艺链中，变频器是关键设备之一，它作为一个从站接在PROFIBUS-DP网络中，从站地址通过变频器的操作面板设置，变频器与网络的数据通讯通过定义为“参数过程数据对象(PPO)”的数据结构完成。PPO数据结构由部分组成：(1)参数PKW。参数PKW用来控制和监视参数。它由四个连续字构成。首字定义了任务识别码(PKE),第二个字定义了参数索引(IND)，第三和第四个字定义了具体的参数值(PWE）。(2)过程数据PZD。参数PZD包括任务和应答两个具体环节。对于任务环节而言，PZD1设定变频器的控制字(STW),工作频率（HSW）和其他过程量等。对于应答环节而言，PZD2返回变频器的主要状态(ZSW）、实际工作频率(HIW)和其他过程量等。

五、结束语

对压力容器热处理车间进行技术改造过程中，成功地将PROFIBUS现场总线控制技术应用于压力容器热处理物流系统的控制中，提高了热处理车间物流系统的自动化控制水平，降低系统的运行成本，同时由于采用PROFIBUS技术，I/O模块、控制柜、控制室方面的费用和施工布线的费用明显降低。另外，PROFIBUS技术是一种国际通用的标准，开放性强，只要遵循同一种现场总线协议，今后系统扩充就非常方便。目前该系统应用于岳阳巴陵石化石油有限公司退火炉热处理车间，已经安全稳定运行一年，得到用户的一致认可。

作者单位：南昌工程学院电气与电子工程系

参考文献：

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