淺談PROFIBUS總線在泰安中聯(lián)水泥廠的應用

楊子善(南京凱盛國際工程有限公司，南京 210036)

淺談PROFIBUS總線在泰安中聯(lián)水泥廠的應用

楊子善
(南京凱盛國際工程有限公司，南京 210036)

本文主要介紹PROFIBUS技術在水泥廠的應用，將詳細闡述DP和PA總線技術在水泥生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)中的典型應用。

PROFIBUS-DP；PROFIBUS-PA；總線技術；水泥廠

1 項目簡介

泰安中聯(lián)項目是南京凱盛設計承包的5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，系統(tǒng)配套雙系列六級旋風預熱器、在線雙噴騰式分解爐、兩檔短窯等一系列的新型干法水泥生產(chǎn)工藝，集成應用數(shù)字化礦山開采、自動配料、窯磨智能控制等信息技術，將礦山、生料、燒成、粉磨等多個子智能系統(tǒng)集成為短流程全自動水泥智能制造系統(tǒng)，是水泥工藝流程布局一次突破性變革。在2015年7月24日，工業(yè)和信息化部公布了“2015年智能制造試點示范項目”名單，泰安中聯(lián)水泥有限公司的水泥智能工廠項目，成為水泥行業(yè)首個也是唯一一個上榜項目。

2 PROFIBUS總線技術的應用

PROFIBUS 是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一，以其獨特的技術特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標準、眾多廠商的支持和不斷發(fā)展的應用行規(guī)，已成為最重要的和應用最廣泛的現(xiàn)場總線標準。目前廣泛制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和交通電力等其他領域自動化。

隨著全球自動化控制技術的不斷提高，水泥生產(chǎn)線也從傳統(tǒng)大量人為參與的簡單控制逐步的轉變成只有很少人參與的復雜控制?！爸悄苌a(chǎn)”正是為順應這種現(xiàn)代化控制系統(tǒng)的變革趨勢而產(chǎn)生的，并一舉成為當今自動化控制系統(tǒng)的主導思想。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術。可實現(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。

在泰安中聯(lián)項目中，控制系統(tǒng)采用ABB Industrial IT 800xA系統(tǒng)，現(xiàn)場站硬件主要由ABB AC800M控制器、光纖Modul bus通訊模塊TB820-1、I/O模塊、Profibus DP主站模塊CI854AK01等構成。系統(tǒng)網(wǎng)絡采用雙星型冗余網(wǎng)絡結構,服務器與操作站采用以太網(wǎng)連接。為保證通訊的安全可靠，室外網(wǎng)絡傳輸都采用光纜，服務器與控制器之間即為光纖轉以太網(wǎng)通訊。現(xiàn)場大部分設備采用DP總線與控制器連接。以下就本項目中所應用到的支持DP、PA通訊協(xié)議的現(xiàn)場設備與DCS系統(tǒng)之間的通訊做簡單介紹。下圖為控制系統(tǒng)配置見圖1：

1）PROFIBUS-DP通訊的應用：

Profibus-DP采用RS485接口，Profibus 通訊協(xié)議。以其傳輸速度快，數(shù)據(jù)量大以及良好的擴展性等特點，成為目前廣大用戶普遍采用的通訊協(xié)議。

本項目所有低壓電動機、高壓電動機、生料磨控制柜、篦冷機液壓傳動PLC柜等設備均采用Profibus DP通訊；下面以普通恒速正反轉電機為例簡單介紹一下，電機的基本控制回路如圖2所示：

本項目低壓電動機采用西門子SIMOCODE pro 智能型電機保護控制器,安裝在低壓開關柜中，其主要包括電流/電壓檢測模塊、基本單元、操作面板等組成。控制單元通過電流/電壓檢測模塊采集動力回路中的電壓電流信號，通過分析該信號來監(jiān)測電機的工作運行狀態(tài)，并通過內(nèi)部設置電機參數(shù)以及故障停機要求，DCS系統(tǒng)通過Profibus-DP總線與基本控制單元進行信息交換（DCS系統(tǒng)通過Profibus-DP傳送正反轉啟停命令，同時讀取SIMOCODE控制器電動機運行狀態(tài)、電流、功率等信號），便于整個系統(tǒng)的控制和監(jiān)測。

圖2 電機控制回路圖

使用Profibus-DP總線控制電動機與常規(guī)控制相比：大大優(yōu)化了PLC 和電機起動器之間的連接，提高了設備可用性，使系統(tǒng)的起動、運行和維護費用大大降低。通過總線把整個電機起動器集成到過程控制中，大大降低了電機起動器和 PLC之間的接線費用。通過電機保護控制器中可組態(tài)的控制和監(jiān)控功能，分布式控制自動化過程，節(jié)省了自動化系統(tǒng)中的資源；通過采集與監(jiān)控電機保護控制器和過程控制系統(tǒng)中的運行、維修和診斷數(shù)據(jù)，提高了系統(tǒng)的可用性以及維護和檢修的友好性。

2）Profibus-PA通訊：

本項目中我們使用單DP/PA耦合器總線式結構，采用LINK+Coupler方式。在組態(tài)網(wǎng)絡時LINK作為DP從站占據(jù)一個DP地址，耦合器不占用地址，組態(tài)的時候也不需要考慮到耦合器。所有PA設備均作為LINK的從屬，獨立于Profibus-DP單獨進行編址，稱為PA地址。全廠溫度壓力等儀表選用智能化儀表，采用Profibus-PA總線通訊。其原理是輸入變量通過傳感器 (1) 轉換成電信號，經(jīng)前置放大器 (2) 放大，并在一個模/數(shù)轉換器 (3) 中數(shù)字化。 數(shù)字信號在一個微處理器內(nèi)計算，校正其線性度和溫度響應并通過PA 接口 (7) 轉換成PROFI-BUS PA現(xiàn)場總線信號；PA總線通過CI854AK01以及DP/PA Coupler模塊掛在DP總線上使其轉換成DP協(xié)議，從而實現(xiàn)現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)均通過Profibus-DP協(xié)議統(tǒng)一傳送。電路原理如圖3.

圖3 Profibus-DP總線與PA儀表電路原理圖

結論

泰安中聯(lián)項目生產(chǎn)線設計全線配備在線智能儀表和設備，PROFIBUS 總線在自動控制系統(tǒng)中應用于溫度、壓力、馬達控制器、高壓柜微機保護以及大型設備（立磨、輥壓機、篦冷機等）的數(shù)據(jù)采集以及控制，并建成大數(shù)據(jù)、智能控制等信息系統(tǒng)，確保全廠設備自動控制及監(jiān)測，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)自動數(shù)采率達100%。 PROFIBUS 總線技術可以大量的節(jié)省電纜銅耗、模塊數(shù)量、更重要的是可以在線采集更全面的數(shù)據(jù)，同時加強信息管理和服務，利用網(wǎng)絡化分布式的生產(chǎn)設施提高生產(chǎn)過程的可控性、減少生產(chǎn)線上人工的干預、即時正確地采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，并加上綠色智能專家優(yōu)化系統(tǒng)、在線模擬仿真技術，構建了一個高效節(jié)能、綠色環(huán)保、環(huán)境舒適的水泥智能工廠。

[1]SIEMENS PROFIBUS DP&PA SIMENS技術文獻

[2]SIMATIC DP/PA 耦合器，有源現(xiàn)場分配器 SIMENS技術文獻

TQ172

B

1007-6344（2016）04-0006-02

楊子善，男，1979年7，山東郯城，本科學士，漢，南京凱盛國際工程有限公司，水泥生產(chǎn)供配電及自動化控制