陈庆

摘要：该文主要介绍了西门子工业以太网及PROFIBUS现场总线两种通讯技术的技术特点和典型应用，通过工业网络通讯技术与钢铁工业自动化系统相结合实现高效应用。

关键词：工业以太网；现场总线；EM277

1背景

随着炼钢生产工艺对自动化要求越来越高，工业通讯技术应用于工厂的设备控制及管理的各个系统，我厂两座转炉喂丝机控制系统共有四套，控制站均采用西门子S7-200PLC进行控制，再通过西门子PROFIBUS现场总线通信技术与西门子S7-300PLC主站通信联网，同时将该主站通过西门子工业以太网，与转炉1#氩站、2#氩站两套人机界面操作站进行通信，该系统采用主从式现场总线结构，多机系统工业以太网联网，实现不同转炉操作站对每个喂丝机系统的监控显示、故障报警及报表记录等。

2西门子工业通讯技术

2.1西门子工业以太网

西门子工业以太网是经过现场验证的技术，符合IEEE802.3标准，并提供100MBit/s快速以太网技术，并基于工业标准，利用了交换以太网结构，具有很高的网络安全性、可操作性和实效性，同时低成本、高实效性、高扩展性，使不同设备和厂商很容易互联，运用不同的物理介质和构成不同的拓扑结构，能实现管理层网络与工业自动化控制网络的无缝连接。

2.2西门子现场总线

PROFIBUS是一种应用较为广泛的现场总线，其总线标准是国际总线标准IE61158的重要组成部分，基于它的开放式性，是制造业自动化主要应用的协议内容，包括兼容的三个部分：PROFIBUS-DP（Decentralized periphery），PROFIBUS-PA（Process automation），PROFIBUS-FMS（Fieldbus message specification）。其中DP是一种高速低成本通讯，用于工业自动化分散设备间的高速信息传输。

3转炉喂丝机控制系统及结构

炼钢转炉车间四套喂丝机实时监控系统采用不同通讯技术实现分散监控，一是由1个主站和4个子站PLC组成西门子PROFIBUS-DP现场总线网，子站采用西门子S7-200的PLC对每台喂丝机进行信号实时采集、监测和控制，通过通信模块EM277接人西门子PROFIBUS现场总线，再由S7-300PLC主站系统集中实现数据通讯和信息交换。二是由S7-300PLC主站通过工业以太网通讯模块CP343与工业网络交换机进行通讯，将各个转炉操作站的HMI上位机设置不同网络地址，分别接人交换机，实现工业以太网络通讯，进行对喂丝机分散监测和控制。系统结构示意图如（图1）：

4系统工艺要求

转炉每台喂丝机分别都有各两台两通道丝线自动喂丝机，采用PLC及其配套电气仪表设备，实现对各个转炉出钢工序中加入不同合金包芯线控制，钢包喂丝过程中根据工艺要求设定的种类和长度进行变化控制，且在该过程中能保持最佳的喂丝速度和准确的长度控制，从而使丝线在进入钢包中能精确控制，实现降低丝线成本。操作人员可根据不同的钢种工艺要求，在上位机操作界面上选择相应品种的丝线喂丝分路，设定相应的喂丝速度和长度，选择远程/就地操作按钮等一系列的指令后启动喂丝，画面实时显示喂丝过程相应的参数，系统控制程序根据事先设定好的参数进行自动实时比较计算，实现精确可靠的自动喂丝，整个喂丝过程可介入人工干预，有效避免现场突发事件造成的生产异常。喂丝系统还提供系统故障报警、诊断和查询功能，便于操作人员和维护人员及时发现系统故障原因并尽快处理使系统恢复正常工作。

5系统实现控制功能

5.1预置功能

既可通过控制面板，也可通过上位机，对包芯线的喂线長度、喂线速度以及退线长度进行预置。

5.2显示功能

喂丝机开始运行后，控制面板可瞬时显示喂线速度和喂线的累计长度。

若用户要求，则通过喂丝机上的串行通讯接口，还能不断地把当前的喂线速度和已喂线长传给上位机，而且还能随时在上位机处查看所预置的线长、线速以及线卷剩余长度等。

5.3记忆功能

本机不仅记忆所预置的全部参数，而且还能在关机后再开机时，把上次喂线操作的喂线参数显示在显示屏上。

5.4调速功能

无论是在进行参数预置，还是在进行操作时，也无论是什么操作模式下，都可根据需要，在0-420m/min范围内，对喂线速度进行选择或调节。

5.5自动回退功能

当喂丝机在自动模式下达到设定长度时，喂丝机将自动停止，然后低速按设定值自动回退丝线。

5.6走行功能

该喂丝机可选装走行装置，配备直线/旋转小车，可以实现喂丝机前进后退，左右旋转。

5.7故障提示功能

在喂丝过程中，如果所显示的喂线速度远低于预置速度（例如发生了断线或严重打滑）时，控制仪表会用闪光信号进行报警；当预置线和长度大于线卷的剩余长度时，仪表会发出提示信号。

5.8防止计假数功能

在喂丝过程中，如果出现了打滑或断线，从动计数轮将不转（即不计数），从而防止计假数的发生。

5.9简化操作功能

以最少的按钮（键）完成多种功能的操作，在连续进行喂线的操作中，如果不需要改变操作模式，本机只需按一下“启动”，则机器就会自动按照前次喂丝操作的参数进行工作。

5.10自动保护和故障停车功能

系统启动时，当系统出现过载、过流、过压、欠压或变频器故障时，机器会自动停止运转。

5.11适用性强

根据喂丝速度可自动调节正压力，以适用相应的不同芯粉标准号要求，从而保证冶金效果。

6系统硬件和软件

6.1现场总线通讯硬件

控制系统采用西门子S7-200系列PLC，通讯模块采用EM277模块来进行信号采集，再通过西门子专用总线电缆连接到带有PROFIBUS-DP总线通讯接口的西门子S7-300系列PLC。

6.2工业以太网通讯硬件

西门子S7-300系列PLC通过以太网通讯模块CP343进行组态设置以太网通讯地址，采用超五类网络线连接到工业以太网交换机，同时操作员站的人机界面电脑网卡上分别设置不同的以太网通讯地址也接人交换机。

6.3系统软件

在工业计算机上安装监控软件采用人机界面友好、功能强大的西门子STEP7及WINCC软件，进行两种网络通讯的组态设置。

7网络通讯的建立

7.1工业以太网通讯

通过使用西门子SIMATIC Manager管理软件，对PLC中CP343进行网络组态，工控机通过本机网络接口用网络线直接连接PLC，设置不同的IP地址、协议、站号，然后将IP地址下载到的S7-300PLC中即可。

操作站监控系统由工控机安装西门子Wincc软件，在软件中设置不同的IP地址、协议、站号等，通过工业交换机与S7-300PLC通讯，完成对系统的过程信号采集、状态监视、控制、报警及历史趋势记录。

7.2现场总线通讯

安装西门子专用的网络组态工具-STEP 5.5和通讯模块EM277的GSD文件，首先在STEP5.5硬件组态中添加EM277的GSD文件，并建立一个所需要的PROFIBUS-DP网络，在该网络上添加子站，并设置每个站的地址、协议、站号、波特率等参数，再将网络组态在主站硬件组态中下载。同时从站EM277模块上的拨码开关必须要与组态的站号地址保持一致才能正常通讯。

8系统通訊技术特点

两种通讯网络都基于西门子公司提供的开放的、适用于工业环境下不同控制级别的通讯系统，这些通信系统均符合国家、国际标准及ISO/OSI网络参考模型。主站ST-300CPU通过现场总线与EM277连接，波特率为1.5MBit/s，响应速度在1ms以内，同时EM-277模块能读写S7-200CPU中的定义的不同变量数据块，最多可连接126个节点。管理控制层网络采用工业以太网交换机与操作员站进行数据通讯，通信速率为100MBit/s，所以该系统网络通讯速度快、能力强、扩展性好，并能实现两种网络无缝连接的全双工通讯。

9结束语

钢铁工业的基础自动化要求越来越高，通过不同工业通讯技术可以很方便生产工艺实现远程监控和全自动控制，在转炉钢包喂丝机控制系统中，利用西门子工业以太网及现场总线两种通讯技术，实现各个PLC控制站之间以及各操作员站的网络通讯，进行实时监控显示和管理，取得了良好的运行效果，该系统运行安全可靠、稳定，具有很高的应用、推广价值。