基于PROFIBUS—DP的钢铁造型生产线PLC控制系统设计分析
【摘要】本文首先概括分析了PROFIBUS-DP现场总线的主要优势，进而将其引入钢铁造型生产线PLC控制系统的设计中，就硬件、软件设计、以及上位机与组态软件设计中的主要问题进行了分析与探讨，希望能够引起各方关注与重视。
【关键词】PROFIBUS-DP;现场总线;PLC控制系统;设计
某钢铁厂所使用造型生产线应用PLC系统时间较长，年代久远，且整个PLC仍然以模拟盘作为显示终端，实际运行中认为整个PLC系统已经严重老化，性能上存在比较大的缺失，且没有备件进行更新。故而，为了能够最大限度的确保整个钢铁造型生产线的有效、安全运行，就需要将对整个PLC控制系统的改造优化作为关键性的内容之一。同时，从钢铁造型生产线的运行功能需求角度上来说，要求所引入的控制系统能够具备包括数据采集、数据储存、流程显示、流程控制、连锁保护、报警响应、报表生成、以及安全维护在内的相关功能，且需要确保整个系统运行的稳定性、可靠性。从这一角度上来说，建议在PLC控制系统的设计中引入对PROFIBUS-DP的应用。本文即对该问题展开详细分析与探讨。
1.现场总线设计问题分析
在现场总线领域内，出现了大量的优秀成果，当中以PROFIBUS-DP现场总线在工业生产实践领域中的应用最为广泛。从系统运行的角度上来说，PROFIBUS-DP不依赖于生产厂家所提供的通信系统，具有相当广泛的适用性以及实用性优势。
总结认为，PROFIBUS-DP现场总线的优势体现在以下几个方面：首先，维护成本低廉;其次，系统高度可靠;再次，用户可获取更加灵活动态的系统集成主动权;最后，可实现对多个控制设备的挂接，安装费用可得到有效控制。
综合以上优势分析认为：在本次对钢铁造型生产线PLC控制系统进行设计的过程当中，通过对PROFIBUS-DP现场总线技术的应用，实现以下几个方面的功能：其一为分布式控制功能，其二为生产过程通信功能，其三为上位机集中监控功能，其四为可视化功能。
2.PLC控制系统硬软件设计分析
在PLC产品选型中，需要综合对PLC通用性、标准性、以及可靠性水平的评估，在满足系统运行要求的基础之上，尽量体现性能价格比方面的优势。本次设计中，选择西蒙 S7-400 PLC设备作为整个系统的数据采集控制终端，具有包括结构安全性高，运行稳定可靠，以及可支持扩容等方面的优势。同时，选择WINCC 5.0作为上位机组态软件。基本设计思路为：在PLC控制系统主体与扩展单元之间，依赖于PROFIBUS-DP现场总线方式加以连接，总站与PLC控制系统之间的连接则通过ETHER-NET方式实现。根据这一设计思路，能够提高PLC控制系统的独立性以及与其他网络连接的灵活性。在这一思路下，硬软件设计工作要点可做如下概括：
1）从硬件设计的角度上来说，主要将整个PLC控制系统的网络结构划分为两个层级，下层为控制网，上层为管理网。在控制网层级中，从站与现场设备之间的连接依托于双芯屏蔽电缆方式实现，能够满足PROFIBUS-DP标准中的基本要求，可支持对现场设备正常运行状态下所生成数据信号的采集与处理工作，同时确保控制器通信功能的正常，构建支持PROFIBUS-DP的现场通讯子网;管理网层级中，要求实现工程师站与操作员站之间的文件管理要求，连接模式为站点相互之间的网卡连接。
2）从软件设计的角度上来说，整个系统当中，工程师站以及操作员站均使用WINDOWS 2010版本开展设计作业，操作员站加载包括NET PROFIBUS-S7、PDM、以及WINCC RT 64K Tage在内的监控软件。
硬件组态作为一种图形化的组态方式，实际作业中操作方便且性能可靠。对于PLC控制系统中所配置的某一过程站而言，实际带有若干的远程I/O接口。从组态画面的角度上来说，在过程站后的PROFIBUS-DP现场总线上，通过拖放模块的方式构建I/O接口。同时需要注意的一点是：对于硬件组态配置过程当中所涉及到的所有模块而言，均能够在元件库中找到型号、货号相对应的模块，按照实际安装位置对应拖放即可。
在完成对硬件组态的配置工作以后，还需要下载至相应的过程控制站当中。通过此种方式，确保硬件安装模件构成与硬件组态构成完全一致，并确定I/O接口模块上所对应的点号地址信息。
还需要注意的是，在整个系统软件设计与组态实现的过程当中，需要预留网络接口实现与整个生产系统局域网网络的连接，依赖于互联网网络通信的方式，在局域网网络中实现相关信息数据的共享，为管理决策的制定提供必要支持与参照。
3.上位机与组态软件设计分析
本系统当中应用DELL计算机作为上位机，配备打印输出设备，组态软件选择为WINCC 5.0组态软件。组态过程当中，整个主站所对应的基本软件流程组态软件WINCC 5.0支持用户根据个人习惯，配置便于理解的工具，同时为应用程序的开发定制屏幕支持;其次，从历史数据系统的角度上来说，具有典型的分布式特点，能够以用户为对象，制定趋势图中笔所对应的历史文件数据源，从而可方便的调取并查阅本地组态中的历史数据信息以及SQL中的信息数据;最后，从动态引用地址的角度上来说，能够对数据源的引用情况进行相应的调整，多个数据源可在同一标记名称下实现精确定位。
4.结束语
结合某钢铁厂钢铁造型生产线的实际情况展开分析，首先指出了当前该造型生产线所使用PLC系统已经严重老化，性能存在缺陷，需要进行改造升级。然后简单介绍了PROFIBUS-DP现场总线的主要特点与优势，将PROFIBUS-DP现场总线引入PLC控制系统的设计过程当中，依托于该技术完成主从站相互之间的数据交换功能，支持分布控制以及上位机集中控制功能的实现。分析认为本方案优势显著，性能稳定可靠，有实践参考价值。
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