西门子模块6ES7318-3FL01-0AB0安装调试
1 引言
随着计算机技术、通信技术和控制技术的飞速发展，工控领域也不断产生**的控制模式，现场总线就是顺应这一形势发展起来的新技术。
profibus总线是一种完整的、国际化的、开放的、不依赖生产厂家现场总线标准，已经转化为中国国家标准gb/t 20540-2006 profibus规范。profibus-dp用于设备级的高速数据传送，通信控制器通过高速串行线同分散的现场设备（如plc、i/o等）进行通信。profibus-dp在用于现场层的高速数据传送时，通信控制器主站周期地读取从设备的输入信息并周期地向从站设备发送输出信息。除周期性数据传输外，profibus-dp还提供了智能化设备所需要的非周期性通讯以进行组态、诊断和报警处理。由于profibus-dp具有快速（数据传输速率9.6kbps/s～12mbps）、即插即用、高效低成本、分布式、易于安装等诸多优点，除了在工业过程控制中得到广泛的应用之外，还被广泛应用于轨道交通、楼宇自动化、能源管理等相关自动化领域。
2 轨道交通直流牵引系统概述
由于国内的轨道交通直流保护技术处于工程空白，国内的轨道交通直流保护市场基本被西门子技术占有。西门子在通常采用的是数字保护测控装置dpu 96和西门子的plc s7-300系列来解决轨道交通的直流牵引保护的监控功能，其与变电所轨道交通自动化系统的上位机通常采用profibus-dp现场总线进行接口的互联工作。
2.1 主控站解决方案
对于作为dp主站的上位机，在国内目前主要由四种解决方案：
（1）购买西门子的profibus-dp主站通信接口卡，该通信方式主要使用在基于bbbbbbs平台的工控机接口集成中，其开放难度不大，但主站的软件费用及其硬件卡十分昂贵；
（2）购买国外其他厂家的生产的profibus-dp主站通信接口卡，其集成方式一般基于pc/104、pci等接口方式，需要进行二次开发，其开发难度一般，主要适用于基于实时操作系统的嵌入式控制器的接口集成中；
（3）在直流保护测添加一台西门子的s7 300作为接口通信的网关，把profibus -dp协议转换为通用以太网接口的tcp/ip协议与上位机进行通信。其对上位机来讲集成实现非常简单，但是其增加的费用使得整个接口集成的费用并没有降低，而且其国产化率也会降低，因为，目前国内的变电所自动化系统的技术已经实现了完全的国产化；
（4）根据profibus协议进行自己研发，也就是本文提供的方案，其国产化率将会进一步**，并大大降低自动化系统接口集成的费用，并且对于后期的维修和备品备件的采购也带来了极大的便利。
2.2 主控站自主开发难点
profibus-dp主站开发的难点主要表现在：
（1）profibus-dp的物理层数据码流采用的是通用rs485串行通讯接口，理论上，即只要带有rs485串行接口的通信处理器就可以作为dp的主站进行profibus从站的接口集成。但实际上，由于一方面，对于profibus的通信速率要求较高，一般不低于187.5kbps，另一方面，profibus协议对通信的时序及其实时性也要求较高，所以，必须采用专用的cpu处理器来完成这一功能，为保证通信实时性，一般均需要采用双口ram（也可采用共享内存方式，但加大了技术的实现难度，且对产品的成本降低并不大）来进行通信。
（2）目前在国的profibus的研发环境存在语言困难，profibus规范近一千页，而且中文译本翻译的并不是很好（不管是en50170还是iec 51158），没有很好的英文功底是很难吃透profibus规范的。
（3）profibus-dp规范在国内应用几乎均采用西门子的整套集成方案，而这一套方案对国内的技术工程师来讲就是学会熟练使用西门子的profibus组态配置工具，并其下载到现场的具体应用项目中就可以了，西门子的profibus-dp总线可以说对国内的技术人员是完全透明的，在这一层次，是无法掌握任何profibus底层技术的。
3 profibus-dp主站研发
图1给出的是国电南瑞公司基于profibus-dp主站的c101通信控制器的硬件原理框图。c101通信控制器是基于pc/104的profibus-dp主站接口装置，它是国电南瑞系列通信控制器的重要组成部分，提供了轨道交通profibus-dp接口的完全解决方案，遵循en 50170标准。它将profibus协议转换成与总控通信的can2.0b协议。它既可以作为dp主站，又可以作为dp从站。它广泛支持profibus-dp标准的各种传输速率，多可以连接126个profibus从站。该装置主要由3块模件组成：c101-pfb，c101-cpu，c101-db。前二者均为智能板，它们之间通过256k字节高速共享内存交换数据。c101-db板实现了与总控c306完全隔离的双can网，pc104时钟后备电池，硬件对时电路，大规模可编程逻辑cpld组成，可靠性高；c101-cpu板采用的是强大的嵌入式cpu处理器，保证了装置的实时性和稳定性；c101-pfb板采用32位嵌入式专用cpu处理器，遵循en50170标，profibus-dp的对外接口完全隔离，抗干扰能力强。
图1 profibus-dp主站硬件开发原理图
成本控制上，如果是进行的硬件级集成，如采用pc/104接口进行双口ram的接口集成，其通信dp主站的接口卡成本目前不高于1500元人民币，而对于dp的主站协议转换为上位机私有的协议，其物理层如果为串口、以太网、can等时，其成本也不高于3000元人民币，对于国内的接口集成商来说是完全可以接受的。且不会增加任何软件的费用。
4 c101通信控制器应用
如图2所示，在轨道交通牵引降压混合变电所中，直流开关柜综合测控保护单元与南瑞的rt21-sas系统的通信接口采用就是profibus-dp规约与c101通信控制器进行连接，c101通信控制器提供一路profibus-dp光纤接口与750v直流开关柜直流保护测控单元dpu96和直流开关柜内的plc相连。实现profibus－dp信息的接入。之所以采用两组光纤接口是由于750v直流开关室与变电所监控中心的距离比较远（一般大于1km），使用电接口将会导致信号衰减以至于误码率将会大大**。
图2 profibus-dp在轨道交通直流牵引的典型应用连接图
轨道交通变电所综合自动化系统接入直流牵引系统的profibus-dp规约的现场设备主要有：
（1）dpu 96：西门子公司生产的数字式保护测控一体化装置，放置于750v直流馈线柜中，主要功能对现场750v直流馈线柜的断路器、手车等具体一次直流设备进行保护、监视、控制功能；
（2）s7-300、s7-200 系列plc：西门子系列plc，可编程控制器，s7-300主要用于直流进线柜（每个牵引降压所两台）和直流负极柜的断路器、电隔的监控，各种现场实时数据的采集功能（如进行电流、电压等）。s7-200主要用于750v直流馈线柜的旁路隔离开关和上网隔离开关的监控、数据采集等功能；
整体上，所有的现场profibus-dp通信设备均使用profibus-dp规约接入高端南瑞公司自主研发的c101通信控制器，c101通信控制器主要目的就是利用profibus-dp通信规约采集底层现场设备的数据，并通过双can现场总线规约送往南瑞的pscada总控系统c306，另外，c101还将接受c306的各种控制、查询命令，对底层profibus-dp现场设备进行实时监控，从而满足了轨道交通直流测控的保护的实时数据采集、监控、继电保护等各种功能。
profibus-dp的应用，首先必须进行严格的组态，使主站与从站的数据严格一致，考虑到使用者大多熟悉siemens公司提供的通用组态软件com profibus，应用软件使用的数据文件格式和用com profibus生成的数据文件格式完全相同。通过rs232调试口，还可以随时观察组态数据文件的参数，以确认组态的正确性。此外，也可以通过南瑞的c101config组态软件对c101控制器进行profibus现场网络的通信配置，且使用非常友好简单。
南瑞研制的基于profibus-dp国产化主站的c101控制器，用一根双绞线连接主站及从站，若要扩展dp从站， 只需将总线延伸，加入其他从站设备，不再增加布线的工作量和费用，系统扩展非常快捷。c101设备控制器同时对系统提供了强大的诊断工具，可用于检查和定位profibus-dp网络中主站、从站的错误，这些诊断功能可用作调试、监控功能，实现了profibus-dp现场总线分布式控制，大大的降低了profibus-dp主站接口的集成成本。由于profibus-dp现场总线技术具有数据传输速度快、系统实现简单、可靠性高等优点，其必将在轨道交通系统中得到广泛的应用。
5 结束语
轨道交通变电所综合自动化直流牵引接口通过使用profibus-dp现场总线，减少了现场电缆的数量和接线工作量，降低了系统故障率，使系统的结构简化，现场安装、调试的工作量大为降低，缩短了开发周期，**了效率。由于采用profibus-dp现场总线方式，使其从设计、安装、调试，投运到正常生产运行及检修维护，都体现出较好的优越性
对于大型钢铁企业来说，按照ISO9000质量认证的要求应对产品分类管理。对产品按炉次、炉号进行批次管理，对产品流向按炉次、炉号实行质量跟踪。炉号信息对于轧钢生产是十分重要的。因为每批次钢材生产过程中钢坯要保证是同一炉号的，所以炉号信息在轧钢生产中的实时跟踪就显得特别重要，这直接影响到成品的质量。还有炉号信息对于产品销售后，对产品质量的追溯也有很好的作用。
项目概述：
本系统PLC部分采用SIEMENS SIMATIC S7-300系列，现场总线部分采用支持PROFINET协议的西门子分布式I/O设备ET200S。全程光纤网络共有5000多米，从炼钢连铸开始跟踪钢坯的炉号信息。中间经过了热送轨道，加热炉，轧机，包装，称重等工序。实现了炉号的实时跟踪。
MOBY应用实例：
本项目MOBY主要应用在轧钢后成品的钩号识别上。轧钢线生产完线材后会把一卷钢材挂到一个钩上，然后沿着钩子轨道进行传送到称重和打包的工序。原来没采用钩号识别系统，对每卷钢材的炉号就不能实时跟踪。从而每卷钢材的质量信息就不是很准确。现在采用了MOBY进行钩号的识别，在每个钩上面安装一个MDS D139移动数据储存器，在上卷，称重，打包的地方各装一个SLG D12读/ 写设备。在上卷的时候把这卷钢材的炉号，轧代号，写到MOBY中，到称重，打包的时候再读出来这样就可以把质量信息、计量信息和销售信息统一起来。控制系统分为MCC（马达控制中心）系统、PLC控制系统、上位机系统三大部分。MCC马达控制中心采用智能MCC系统设计，变频部分采用Allen-Bradley 的Powerflex70带Devicenet网络接口，电机启停控制采用Allen-Bradley 的190S系列电动机启动器配合E3 PLUS，E3 PLUS本身带有Devicenet网络接口。整个MCC系统形成一个Devicenet网络环。变频器采用本地和远程两种控制模式，选择本地控制时，通过操作台的按钮及操作器进行控制，速度的调整通过操作台上的调速旋钮控制，变频器的一个模拟量输出组态成速度反馈值，模拟量输出带有一个Redlion的数显仪表，安装在操作台上，显示变频器当前的运行速度。电动机启停控制采用本地/远程两种控制模式，选择本地控制时，依靠E3 PLUS本身的处理器运行控制逻辑进行本地的启停控制，在PLC和网络正常的情况下，PLC可以实时监测电动机的电流、电压、温度等数据，可以实时监测电动机的运行状态。MCC马达控制中心通过Devicenet和PLC系统通信。
PLC系统采用Allen-Bradley的Compactlogic 5535。CPU带有Ethernet/IP 及RS232网络接口，1.5M 内存，32位处理器，1k STT/1ms。和上位机系统采用Ethernet/IP通信，和MCC采用Devicenet通信，和梅特勒-托利多称重仪表采用Devicenet通信。采用1769 I/O模块采集现场的控制信号，采用32点输出模块带700-HLT端子式继电器隔离控制执行机构。
上位机系统采用Allen-Bradley的工业平板计算机，安装在各车间的琴式操作台上，上位机软件采用Wondware的Intouch10.0 简体中文版运行软件，1K TAGS。和PLC之间采用Ethernet/IP 通信。
工业以太网交换机采用MOXA EDS-508的工业以太网交换机，带网管功能，配置ADSL拨号Modem连接到万维网，支持远程服务技术支持。EDS-508带6端口RJ45水晶头接口和两个多模光纤接口。支持冗余电源输入，支持端口报警输出，支持各种工业以太网协议，DIN导轨安装。
梅特勒-托利多称重计量系统由其他供应商提供，选择Panther系列仪表，本方案要求梅特勒-托利多称重计量Panther仪表配置Devicenet接口板。通过Devicenet和PLC通信。梅特勒-托利多仪表电源由MCC配电单元提供，为了隔离变频器对仪表的影响，采用Allen-Bradley的1497系列隔离变压器。
计量罐搅拌器、称重计量仪表、出料泵均设有本地/远程两种控制方式。选择本地控制时，设备不依赖于主PLC及网络运行，通过操作台上的操作按钮及旋钮进行操作，操作台可指示相关设备的运行状态。选择远程控制时，由PLC进行控制。
生产模式分为自动配方生产和手动调制生产。选择自动配方生产时，操作员选择预先设置好的配方，确认后PLC系统会对系统进行检测，检测完毕后，开始进行初始化，初始化完毕后，检测设备状态及原料情况，满足条件后开始进行自动配方生产。自动配方生产采用SFC时序流程图控制个设备的运行，在每一步中实时检测配方及设备的状态，并发出提示和报警，自动配方生产可以暂停和初始化。
手动调制生产是指操作员根据生产表格和过程，手动配置。PLC记录和提示当前的配置情况。此手动调制的过程其实就是按步操作的过程，PLC会自动完成每一步的操作，然后等待操作员进行下一步的操作
一、概述
莱钢炼钢厂4a#连铸机为一台三机三流的矩形坯连铸机，年生产能力为80万吨，与中型轧机构成一条热装热送短流程生产线。本文将对其基础级自控系统进行详细介绍。
二、生产工艺简介
钢水包由转炉车间运至连铸车间后，由车间行车将钢水包置于大包回转台钢包臂上，旋转至浇注位后，钢水 由钢包流入中间罐车，达到开浇液面后，浇铸开始。钢水经中间罐车注入结晶器，经过初次冷却控制以及振动控制调节后，进入二冷区。自控系统自动跟踪铸坯的位 置及长度，铸坯到达冷却段时，由二次冷却系统对铸坯进行水/气的混合冷却。系统跟踪钢坯头到达矫直区时，拉矫机依次进行换压操作；跟踪到脱引锭位时，自动 进行脱引锭操作。钢坯达到定尺长度后，由火焰切割机实施切割，切割后由输出辊道运出，再由横向移钢机运至热送辊道，后由热送辊道运到中型加热炉进行轧 制。
三、系统构成及配置
系统采用了美国罗克韦尔自动化公司的PLC5作为主控制器，SLC500 用于火焰切割自动控制，选用罗克韦尔自动化公司1336系列的变频器用于交流调速控制，远程I/O模板用于切割区以及出坯区现场信号的控制，以工业以太网以及DH+网作为控制网络。在该系统中，共采用了4套A-B PLC-5/40E分别用于铸机的公用系统以及铸流系统的自动控制。根据系统的控制规模，并保留有25%左右的控制点余量，PLC系统的硬件
公用系统
主机架通过CPU上的通道1B（组态为Remote I/O Scanner方式）外带了5只扩展机架、6块Remote I/O模板以及4台1336 PLUS变频器。
具体配置为
电源模板（1771-P7，16A）6块、CPU（1785-L40E）1块、AI模板（1771- IFE）3块、AO模板（1771-OFE）3块、RTD模板（1771-IR）1块、高速计数模板（1771-VHSC）1块、24VDC DI模板（1771-IBD）25块、24VDC DO模板（1771-OBD）14块、220VAC DI模板（1771-IMD）23块、220VAC DO模板（1771-OMD）16块、远程I/O适配器（1771-ASB）5块、远程I/O模板（32入/32出：1791-IOBW）4块、远程I /O模板（16入/16出：1791-16BC）1块、远程I/O模板（24入/8出：1791-24B8）1块、25匹马力1336 PLUS变频器（CAT 1336S-B025-AA-EN4-CTM1-HA2）2台、20匹马力1336 PLUS变频器（CAT 1336S-B020-AA-EN4-CTM1-HA2）2台。
铸流系统
用于铸流控制的三套PLC系统的配置完全相同，均是：主机架通过CPU上的通道1B（组态为Remote I/O Scanner方式）外带了2只扩展机架、3块Remote I/O模板以及7台1336 FORCE变频器；另外，采用了3套A-B公司的小型产品SLC 500 分别用于每流的火焰切割机的自动控制。SLC 500 PLC通过CPU上的DH+通讯口与PLC-5/40E的CPU上的通道1A通讯口（配置为DH+）连接构成了DH+网以实现数据交换。
PLC5具体配置为
电源模板（1771-P7，16A）3块、CPU（1785-L40E）1块、AI模板（1771- IFE）4块、AO模板（1771-OFE）8块、RTD模板（1771-IR）2块、高速计数模板（1771-VHSC）1块、24VDC DI模板（1771-IBD）5块、24VDC DO模板（1771-OBD）4块、220VAC DI模板（1771-IMD）7块、220VAC DO模板（1771-OMD）5块、远程I/O适配器（1771-ASB）3块、远程I/O模板（1791-IOBW）3块、25匹马力1336 FORCE变频器（CAT 1336T-B025-AA-GTIEN）4台、40匹马力1336 FORCE变频器（CAT 1336T-B040-AA-GTIEN）3台。
SLC500具体配置为
电源模板（1746-P2）1块、CPU（1747-L542）1块、 DI模板（1746-ITB16）1块、DI模板（1746-IB16）4块、 DO模板（1746-OW16）2块、DO模板（1746-OB16）2块。
4套PLC5 通过各自CPU上的以太网口（通道2）挂在以太网上，并通过MSG指令相互传递数据；共25台1336变频器作为远程站采用Remote I/O Scanner方式与PLC进行数据通讯：其启动、停止、速度给定等指令均由PLC下达给变频器，同时变频器的各种状态数据以同样形式反馈给PLC。另 外，4台高性能PⅢ工控机作为系统的上位机，通过以太网与PLC进行数据传送，完成铸机生产的监控，其中3台为操作员站，互为备用，用于生产的实时监 控；1台为工程师站，可以完成对软件系统的查阅、修改等工作（系统配置图如图1所示）。
四、软件设计、系统控制功能及实现
4．1 PLC程序的设计
控制程序使用罗克韦尔自动化公司专用编程软件Rslogix5，并全部采用简单易懂的梯形图方式编制而成，分为公用控制程序及铸流控制程序共4套。
每套控制程序均采用了流行的模块化/结构化编程方法：根据控制对象、控制目的的不同把控制程序分为若 干控制部分，由主程序在每次扫描周期中依次调用来实现各自的控制功能；在每一个梯形图文件中，把控制功能相同的程序放在同一控制段中，并加以注释。这种结 构化编程方法使得程序的查阅、功能的扩充及修改变得更加容易，大大增强了程序的灵活性、可读性、实用性和维护性。
4．2 监控系统的设计
上位监控系统采用Rsview32制作，Rslinx负责完成与PLC的数据通讯。根据生产工艺、控制功能的要求，共制作了9大部分、共计40余幅监控画面。
4．3主要的控制功能及关键技术的实现
图 1
主要控制功能： 该自动控制系统主要用于连铸机生产的基础级自动化控制，通过采用A-B自动化控制技术可完成基础生产工艺过程的全自动化控制，实现连铸生产现场设备的自动联锁，介质温度、压力、**的检测调节，数据的通讯处理、故障报警以及生产状况的在线监控等功能。
主要控制功能有：中间罐车行走、升降功能；结晶器冷却水、二冷水、公用介质的**及压力检测调节功 能；推钢机控制功能：横移机控制功能；大包、中间包的钢水测温及称重功能；大包旋转及升降控制；液压站控制；结晶器振动控制；拉矫机/拉矫辊控制；输出辊 道控制；结晶器冷却水控制；二冷水控制；自动跟踪控制；火焰切割控制以及生产的在线监控等。关键技术的实现：
变频调速控制技术：中间罐车、拉矫机、结晶器、输出辊道、横移机等设备均采用了变频调速控制技术。PLC通过Remote I/O Scanner通讯方式将控制命令传达给变频器，同时接收变频器的状态实时反馈信息；控制程序则通过采用MOV指令将启/停、正/反转、速度给定值等命令 信息以输出字的数据格式传送给变频器，从而实现变频调速的自动控制。
二冷区的全自动配水控制算法：理论上理想的二冷配水控制曲线是一条二次曲线：F=aV2+bV+c，但是实现起来非常困难。为此， 我们采用直线仿真曲线技术：采用三条斜率不同的直线来模拟二次曲线，根据当前的拉速及三条直线所对应的a、b值分别计算出三个配水量F1、F2、F3，然 后取其大值作为当前的实际给定值：Fsp = Max{F1，F2，F3}（如图2所示）。此外，软件上通过PID指令完成七段回路仪表调节控制（控制框图见图3）。
铸流自动跟踪技术：PLC根据A-B增量型编码器（安装于3#拉矫机上，1024脉冲/圈）发送至高速计数模板的脉冲数，自动计算并完成送引锭模式、浇注模式下的拉矫机/拉矫辊、二冷区配水、电机测速以及铸坯测长等全自动控制。
火焰切割自控系统：<该系统单独采用3套SLC500 PLC，并建立了DH+通讯手段与PLC5进行数据通讯。根据PLC5发送过来的铸坯测长实时数据，实现对钢坯切割的自动化控制，并具有2种定尺（本机、 上位）、3种操作方式（手动、半自动、全自动）的控制功能。同时PLC5根据SLC500的反馈信息控制输出辊道的动作将切割完毕的铸坯运出。控制程序则 使用MSG指令来实现通讯数据信息的相互传递。
铸机生产的自动在线监控技术：采用Rsview32监控技术、Rslinx通讯技术开发了铸机生产的在线监控系统。该监控系统分为总貌、风机液压站、条件及状态、公用检测、一冷、二冷、设备冷却水、液面控制和其它9大部分，具有如下主要功能：
生产数据、设备状态的在线显示监控；
生产数据的上位设定及生产模式的控制选择；
设备控制方式的选择以及设备的远程控制、介质的远程调节；
趋势记录、故障报警、报表打印以及系统故障自诊断。
图 2
图3
五、结束语
该自控系统综合集成了美国罗克韦尔自动化公司的PLC控制技术、画面监控技术、网络通讯技术以及变频 调速技术，实现了连铸机基础生产工艺过程的自动化控制，可完成连铸生产现场设备的自动联锁控制，介质参数的检测调节，数据的通讯处理、故障报警诊断以及生 产状况的在线监控等功能。经过三年多的运行验证，该系统控制功能**、安全稳定可靠，有效地**了劳动生产率，改善了工作人员的工作环境，减轻了工作人员 的劳动强度，为生产的顺行提供了可靠的保障，并取得了十分显著的经济效益。
参考文献