《電子技術應用》
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PROFIBUS—DP在軋鋼電控中的應用
摘要: 廣東韶關鋼鐵集團有限公司(以下簡稱“韶鋼”)煉軋廠對軋線電控系統進行升級改造,在原有電控系統中,直流傳動采用模擬量調節系統,控制系統為SIEMENS公司S5系列PLC,控制系統與傳動系統間的信息交換采用點對點I/O實現,
Abstract:
Key words :

  廣東韶關鋼鐵集團有限公司(以下簡稱“韶鋼”)煉軋廠對軋線電控系統進行升級改造,在原有電控系統中,直流傳動采用模擬量調節系統,控制系統為SIEMENS公司S5系列PLC,控制系統與傳動系統間的信息交換采用點對點I/O實現,經改造后的傳動系統采用SIEMENS6RA70全數字直流調速裝置,控制系統采用GEFanuc90系列PLC,兩者間的信息交換采用PROFIBUS-DP通信網實現。
  PROFIBUS根據不同的控制要求有多種系列,其中PROFIBUS-DP可實現高速傳輸,適用于分散的外部設備和自控設備之間的高速數據傳輸,用于連接PROFIBUS-PA和加工自動化。采用RS485通信標準,傳輸速率從9.6Kbit/s到12Mbit/s,傳輸距離100~1200m(與傳輸速率有關)。物理介質通常采用雙絞屏蔽電纜,總線接頭采用9針D型插頭接線,方便簡單、容易擴展。其數據鏈路協議是主從方式的令牌傳遞,主站與從站之間以主從方式通信,各主站之間由令牌協議決定總線數據發送權。具有反應速度快,抗干擾能力強等優點。


  棒材生產線的設備流程及控制特點
1.主軋線工藝簡介
  韶鋼煉軋廠棒材生產線設計年生產能力為100萬t,可實行雙切分、三切分軋制,產品規格為Φ12~40mm范圍內的圓鋼和螺紋鋼。
  主要的工藝設備有:主軋機(18架)、飛剪(3臺)、冷剪、冷床、冷床輥道等。工藝流程見圖1所示。 圖1 主軋線工藝流程
2.技術特點
  在韶鋼煉軋廠棒材線原電控系統中,直流傳動采用模擬量調節系統,控制系統為SIEMENS公司S5系列PLC,控制系統與傳動系統間的信息交換采用點對點I/O實現。由于受信息交換量的限制,缺乏對系統的全面監控和診斷功能,造成系統維護不便,增加了故障處理時間,也降低了生產線的作業率。
  改造以后,1#~18#軋機傳動系統采用SI—EMENS6RA70全數字直流調速裝置,夾送輥傳動系統采用SIEMENSMM440全數字交流變頻裝置,它們通過PROFIBUS網實現與GEFanuc90-70PLC的通信,采用網絡數字速度給定和脈沖編碼器速度反饋,構成全數字傳動系統。該系統具有如下特點:
  1)交直流傳動裝置通過CBP通信板與PROFIBUS-DP現場總線連網,大大減少了電纜使用量,降低了建設成本,還為系統提供了更大的靈活性和擴展性。
  2)根據軋材精度要求高的特點,各傳動點上采用了旋轉編碼器測速方式,以提高速度控制精度。
  3)通過中央控制單元PLC將所有傳動點連接在PROFIBUS現場總線上,通過DP高速總線,一方面迅速響應操作員發出的操作指令,另一方面與傳動設備進行高速數據通信,以便PLC根據傳送上來的電動機電流、電壓的實際大小及時作出必要的處理。
  4)為保證傳動系統的整體穩定性和可靠性,1#~3#飛剪未掛接主軋線PROFIBUS-DP現場總線網。


控制系統的組成及共配置
1.現場設備層硬件配置
  系統控制分以下三個部分,硬件設備層如圖2所示。   1)控制核心。GEFaunc90—70PLC(CPU935帶浮點運算)構成PROFIBUS—DP網的主站,完成系統控制。
  2)傳動系統。1#~18#機架以及1#~3#飛剪采用SIEMENS6RA70全數字直流調速裝置,夾送輥采用SIEMENSMM440全數字交流變頻裝置,構成PROFIBUS-DP網的從站,完成主軋線軋鋼控制。
  3)監控站。研華IPC—610P/PCA-6186LV工控機,采用GEFaunc公司的HMI-CIMIPLICITY軟件平臺,具備全線設備監控、參數設定、軋件跟蹤、故障診斷、模擬軋制、趨勢分析等多項功能。

2.現場設備的軟件構成
  根據上述硬件結構,整個生產控制軟件分為工控機軟件和PLC軟件兩部分,在工控機預裝Windows2000操作系統,運行GEFaunc公司的HMI-CIMIPLICITY軟件,通過其組態完成工控機與PLC的鏈接。


PRCFlBUS-DP現場總線的通信
  PROHBUS-DP是以令牌傳遞方式工作的總線,即在一個邏輯環中,主站成為一個確定時間窗口的令牌保持者,在這個時間窗口內,擁有令牌的主站能與其他從站通信。PROHBUS-DP主要使用主從方式,通過整流調速裝置以及變頻器配備的CBP通信板,周期性地與從站進行數據交換,傳動裝置作為從站有惟一明確的站地址。
  傳動裝置的CBP通信板定義了可用數據的結構,可用數據被劃分為2個區域(PZD和PKW),它們以各自報文進行數據傳送。過程數據區PZD定義控制字和設定值(任務:主站到傳動裝置)或狀態信息和實際值(響應:傳動裝置到主站),參數區PKW讀出故障和一個參數的特征信息(如軋機的基速和最大轉速)。
  PLC通過訪問報文PKW部分,可以觀察和更改傳動裝置任意參數,通過訪問報文PZD,實現控制字和設定值或狀態字和實際值的傳輸。為了保證信息的對應性,PLC在編程時對相應的寄存器要進行字節交換,而傳動設備在向網絡發送數據之前要對其數據進行加工。因此PLC要對傳送上來的速度、電壓等變量進行量綱變換后才能使用。

1.6RA70直流調速裝置網絡通信字內容設定
  (1)CBP通信板設定
  通信板CBP是小板,附著在6RA70的ADB板上,PC機需要數據文件SIEM8045.GSD。
  通信站號地址設定,PLC對應相同站號地址。
  (2)PLC到傳動的通信設定
  Wordl-4作為PKW參數使用,無意義;Word5控制字P648.02=3001(K3001);Word6速度給定P644.02=3002(K3002);WOrd7~Word8,Word10=0不用;1~14#機架:Word9第0位為“1”勵磁反向控制。
  (3)傳動到PLC的通信設定
  Word1~4作為PKW參數使用,無意義;Word 5狀態字1;Word6當前故障碼;Word7傳動的速度反饋;Word8傳動的實際電流反饋;Word9傳動的實際轉矩反饋;Word210傳動的數字輸入。

2.MM440變頻裝置網絡通信字內容設定
  該裝置完成對出爐側(粗軋前)夾送輥的傳動任務,也附帶一塊CBP通信板。站號地址設定P918-21(傳動D21)。
  上位機PROFIBUS網配置文件裝載Siem08b5.gsd文件,通信字類型:OPKW+4PZD(只需4個通信寄存器)。

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