6ES7223-1HF22-0XA8产品规格
马钢第三炼钢厂4#转炉工程采用了当今世界上先进的现场总线控制系统，即西门子公司的PCS7控制系统。其中仪控系统在马钢公司内率先采用了在冶金行业还较少使用的Profibus-PA总线技术，彻底改变了传统的测控模式，使整个仪控系统的技术档次跻身于国际先进水平。
在其二级控制系统采用了西门子PCS7系列PLC，下挂Profibus-DP网，并通过DP/PAbbbb(链接器)将总线仪控设备接入工业控制网络，真正实现了"集中管理，分散控制"的目的。全数字化通信模式的抗干扰能力强、测量控制jingque度高，借助数字双向传输的特点和先进的设备管理软件，可实现参数远程给定，采集丰富的仪表信息，有利设备故障诊断，改善管理状况。过程控制级由二级计算机构成，通过工业以太网专题">工业以太网与基础级PLC相连，并依靠控制模型和数据库对一级控制系统实施指导、管理和跟踪。该系统将仪控、电控合为一体，它是具有工厂集成化概念的开放型的工业控制系统。
一 系统组成
基础级采用一套PCS7 PLC作为铸机的控制器，其CPU类型是AS
416-2DP，并带有通信功能，可与扩展单元的IM-153、IM-157通信卡以及变频器通过Profibus-DP控制网相联，其中扩展单元采用ET-200M和链接器作为子站。控制软件为STEP7，并集成西门子过程设备管理软件PDM。控制级采用西门子工控机作为监控站，与PLC通过快速工业以太网专题">工业以太网(基于TCP/IP协议)连接，系统运行西门子公司基于bbbbbbs2000的PCS7全集成软件。
1. 硬件构成
图1仅给出了系统与仪表相关的配置。
其中PC1为上位机监控站，ET200为电控系统的远程站。链接器为PCS7的从站之一，又是现场总线仪控设备的PA主站，由网络部件耦合器(Coupler)实现所有Profibus-PA总线现场仪表与DP总线的链接，在传输更多检测、控制信息的亦可获取总线设备自诊断信息。整个控制系统中，仪控系统除了和电控公用的操作站以及相应的一次检测元件外，仅有一个现场控制箱。
2. 软件配置
操作站软件为PCS7软件，网络平台为bbbbbbs2000，PCS7自带数据库，并提供监控画面和PLC组态工具。PCS7内含组态软件为STEP7及西门子过程设备管理软件PDM。
操作站主要是在用户和所有系统功能之间提供一个人机界面，各类人员可通过操作站访问各自权限范围内的系统资源。例如：通过操作员可以调出过程显示画面，观察到过程回路的参数、状态、趋势和报警情况，实现对过程回路的操作和参数的调整。过程工程师可以组态过程和显示画面和过程控制数据库，进行其他各种组态工作。软件工程师可以进入软件开发环境，编写、调试和执行用户的应用程序。
系统维护人员可观察到系统各个设备的工作状况，并对这些设备进行诊断操作。
二 系统功能
4#转炉系统工程所有设备的电气传动和仪表控制全部采用集中控制、集中监视的方式，实现以PLC为中心的基础自动化控制。
1. 生产流程分布
(1)主原料系统
铁水倒罐站；废钢供应。
(2)副原料系统
熔剂上料(1#皮带机～5#皮带机)；熔剂加料(4#转炉本体)。
(3)铁合金系统
转炉铁合金供应、加料。
(4)4#转炉及辅助设施
转炉本体；底吹系统；顶吹氧气和溅渣护炉；转炉和氧枪冷却水；活动烟罩与炉口烟道之间的水封；活动烟罩、氧枪口、加料口的冷却水；氮封系统；炉下车辆。
(5)4#吹氩站
合金加料；顶吹氧气、氩气；底吹氩气。
2. 顶吹信号显示与自动调控
a. 信号显示与调控
氧气总管调压阀阀前(气源)压力指示、记录；氧气紧急切断阀开/关状态指示与联锁；氧气总管调压阀阀后压力指示、记录、调节；氧气总管压力调节阀阀位显示；氧气支管liuliang指示、记录、调节、补正计算；氧气支管liuliang调节阀阀位显示；氧气支管切断阀阀后(吹氧管入口)压力指示、记录；氧气支管切断阀阀位显示；累计一炉钢水用氧量：4000Nm3/炉；累计一炉吹氧时间。
b. 报警及联锁
氧气气源压力低限值报警；氧气气源压力低-低值(LL)报警及联锁控制(与氧枪升降装置联锁)；氧气支管入口压力低限报警；氧气支管入口压力低-低值报警及联锁(与氧枪升降装置联锁)；氧气支管liuliang低限报警；氧气支管liuliang低-低值报警及联锁；快速提枪并关闭支管切断阀。
3. 底吹信号显示与自动调控
底吹信号显示、自动调控、报警及联锁，与顶吹基本相同。
4. 过程现场总线配置
仪控系统全部通过Profibus-PA现场总线方式完成检测与控制。
耦合器可直接挂在DP网上，但要占用一个DP地址，且无法扩充，而每个链接器可扩充5个耦合器，并且在非防爆区每个多可挂接30台非防爆现场总线仪表，在平衡经济性和系统可扩充性的前提下，采用了一个链接器配几个耦合器的硬件配置模式。整个系统采用了Profibus-PA总线线型拓扑结构，在这种模式下，PA总线上的智能总线仪表的地址编号将不受DP地址编号的限制，可以在相应的耦合器下任意编址，有利于总线设备的扩充和维护。
三 系统特点
由于采用了Profibus-PA现场总线技术，全部检测与控制仪表均采用了全数字化通信的智能仪表，从而极大地tigao了系统的稳定性和可靠性。
(1)可靠性高
在整个转炉上下平台之间，网络线取代了所有常规控制仪表使用的控制电缆，所有测控元件均以并联方式挂接在一根网络线上，并以数字通信方式与上位计算机交换检测与控制数据，测控元件内部的故障自诊断功能，可将设备隐患信息在发生故障前预报给上位机，提醒工程人员及时进行排除，确保生产安全顺畅。
(2)jingque度高
由于采用数字通信方式，实际的采样jingque度和控制jingque度均非模拟信
号可比，技术水平完全进入了另一个全新领域，为生产工程师提供了准确的生产参数，有利于优化产品，控制生产成本和节能、降耗。
(3)系统扩展灵活
PA通信网络的节点就是测控元件，任意节点的增加或删除都不会影响网络的整体性能。通过在DP网线上增减若干链接器，就可增加或删除若干组PA网络，每组PA可扩展30个测控元件，便于系统扩容和工艺流程的优化。PA网络可分布在工厂的任何位置，这样，与分散在各地的各种设备连接更为简单。
(4)降低工程造价和工程量
在转炉上下平台之间测点分散且各自相对集中，若采用常规计算机控制方案，不但布线复杂、桥架林立，故障排除时间长，不利于自动控制过程的快速恢复。采用Profibus-PA现场总线技术，将极大地节省电缆、桥架的材料费和基建安装量，也取消了控制站上输入/输出组件，节省了机柜，减小了控制室的面积。
四 结束语
马钢第三炼钢厂4#转炉控制系统在实现"三电一体化"的基础上，成功地将Profibus总线技术应用于生产全过程，tigao了系统的控制水平和可靠性，降低了运行成本。与常规系统相比，仅仪控系统就比原概算节省30%的投资。内嵌的过程设备管理软件PDM，减少了所需其他软件的种类，也降低了相关软件费用。尤为重要的是，由于现场总线仪表具有自诊断功能，可以预先诊断和维护在线设备，提前排除故障、减少停机时间，tigao了生产的安全性，大大降低了系统运行、维护费用，为整个高效连铸机的安全顺产提供了重要的技术保障。
现场总线因为其系统开放性和应用的优越性在实践已经越来越广泛的得到了应用，并且总线系统的应用特性和技术解释已经在很多领域得到了描述，以下就笔者在应用中的所涉及的几个要点进行分析和讨论。
一．主从设备之间的数据传输和数据格式
通过数据交换，PLC能读取设备发送回来的报文并写数据给设备，如果数据包含了模拟量测量值，设备通常发送5个字节给PLC。
举例说明： 如果设备发送测量值数据为40 F0 00 00 (十六进制)=0100 0000 1111 0000 0000 00000000 0000 （二进制）
在此要注意，不是所有的PLC都支持IEEE754数据格式。
PLC能通过读取设备的状态位来判断设备的自身状态信息，设备状态位数值代表不同的含义，这对设备维护和检测提供了有效的的手段。
总线仪表在与上位机数据传输过程中，节省了A/D和D/A转换中间环节，tigao了数据的精度和传输速度，减少了中间设备及电缆的消耗，降低了劳动强度。
二．总线电流消耗计算：
分段耦合器的大工作电流和其所属现场仪表设备的电流消耗量决定了一个耦合器能带动仪表设备的数量，必须要对每个耦合器下的所有设备进行电流消耗计算，一般定义为：
在非危险区，允许每个段支持32个设备
在危险区，允许每个段支持10个设备
计算公式为：耦合器支持电流≥设备基础工作电流+设备大故障电流
每一种仪表设备的基础工作电流和其故障电流使不同的，使用时要查阅相关的设备规格数据表。
由于电缆的阻值，会在每个分段中产生压降，这样要计算远的设备工作电压的大小，一般不低于9伏，计算公式为：
远设备电压=段耦合器输出电压 ─ 段电流损耗*电缆长度
在Profibus-PA仪表设备应用前，应该根据设计文件和技术文件，结合现场情况对总线电流功耗进行综合计算，才能确保仪表设备在通电调试后能完成与主设备正常的通讯。
三．GSD文件：
设备数据文件(GSD文件)包含了总线设备的各项工作参数和设备位图文件，每一种设备都有自己特定的特性描述，通常获得设备GSD文件有两种方式：通过internet访问设备网站进行文件下载；另一种是直接使用提供的含有GSD文件的磁盘。在获得GSD文件的应详细的了解整个系统的网络配置和性能，主从设备之间的协议规约和硬件支持特性等，这样才能使整个系统有效地协调运行。以下是GSD文件的部分描述内容：
/edit/UploadFile/20095138581542.gif" target=bbbbbb>
设备文件还包括其它内容：硬件支持，通讯字节数量，响应时间等等。
在实际应用时，某些仪表设备在完成系统组态后，主从设备出现通讯问题，经检查设备的GSD文件，发现文件内容描述与实际组态不匹配或者有差异，调整主设备的适配参数或者修改并构造新的设备文件后系统工作正常。
四．Profibus-PA仪表设备的配置和工作原理：
以下内容就Profibus-PA仪表设备的块模型，设备管理，物理块，变送块，功能块进行简单描述：
（1）Profibus-PA仪表设备的块模型：
图1-1是一个传感器的简单的块模型，它包含了四种块，设备管理块，物理块，变送块和功能块。传感器信号经过变送块转变为测量值，并传递给功能块，功能块的作用是将测量值的量化和输出限定，并终作为PLC输入值。
图1-2，信号的处理对控制阀门来说是与传感器信号处理的过程，PLC的输出值作为控制阀门的输入设定值，经过功能块的输出范围整定，阀门设定值传送到变送块，经过信号处理并输出信号驱动执行机构运转到设定的位置。
(2) Profibus-PA仪表设备的设备管理：
设备管理包含的内容有：设备中有哪些块，块的索引地址，每一种块包含多少分项。
(3) Profibus-PA仪表设备的物理块：
物理块包含了设备特性，即设备参数和功能，比如：硬件版本，软件版本，出厂编号，设备序列号，就地控制使能，故障状态位诊断等。
(4) Profibus-PA仪表设备的变送块：
变送块是传感器（执行机构）和功能块之间的独立单元，它处理传感器（执行机构）信号，并通过接口输出值到功能块。
(5) Profibus-PA仪表设备的功能块：
功能块包含了基本的控制块，应用程序把周期循环数据以一定的格式或者规律处理，功能块主要有三种块：模拟输入块，累加块，离散量输入块。
五．自控仪表系统接地：
用电仪表的外壳，仪表盘，控制柜，箱和电缆槽，保护管，支架，底座等正常部带电的金属部分，由于绝缘破坏而有可能带危险电压，均应做保护接地。对于供电电压不高于36V的就地仪表或者开关，当无特殊要求时，可不做保护接地。仪表的保护接地应接到电气工程低压电气设备的保护接地网上，注意不应串联接地；仪表控制系统应单独做工作接地，工作接地包括信号回路接地和屏蔽接地。在做接地时，应注意接地阻值符合技术要求。在一些地方雷击比较多时，应考虑防雷接地。有效的接地系统可承受过载电流，并迅速将其导入大地。消除电子噪声干扰，为整个控制系统提供公共信号参考点。接地在实际应用中容易被忽视，但却是很重要的一项工作，很多在实验室试验成功的工作，在现场却总会遇到各种问题，比如：安装位置的磁场效应，周围动力设备的电磁干扰，电源污染等，有效地接地系统提供的保护有两方面；人员保护和设备保护。
、应用背景
攀钢线材厂本次"提质降耗、扩大品种规模"技术改造是在原来的只有精轧机组、夹送辊、吐丝机设备的基础上，增加两架预精轧机组和启停式飞剪，将把预精轧机组、飞剪、精轧机组、夹送辊、吐丝机的模拟传动改为数字传动，应用ABB公司的DCS500直流数字装置；将原来的继电器逻辑控制应用SIEMENS公司的S7-400PLC来代替。组成为线材轧机的基础自动化系统还有操作监控站，应用SIEMENS公司的WINCC管理应用软件来实现；工业以太网专题">工业以太网即H1网，连接监控操作站和PLC；工业现场总线Profibus-DP，建立DCS500和远程操作单元ET200M与PLC的通讯。
自动化控制系统中，控制系统可分为三层，即数字传动部分、PLC控制部分和监控操作站部分。
数字传动部分应用ABB公司的DCS500直流数字装置，处理预精轧机1组、2组、飞剪、精轧机1/2架、夹送辊、吐丝机的运行。
PLC控制部分应用S7-400型PLC，CPU为CPU414-2DP，处理全线的生产控制，完成系统功能手网络的信息交换。
监控操作站部分应用WINCC监控
软件，有A、B两线操作站兼监控站和电气室监控站，处理轧制规程作业表的生成、全线操作、事故监控报警、生产记录和报表等任务。
二、采用Profibus的原因
Profibus现场总线技术是随全数字信号系统的发展而产生的，由德国组织开发的工业现场总线协议标准--PROFIBUS现场总线标准（DIN19254）。
Profibus是近年来国际上为流行的现场总线，也是目前数据传输率快的一种现场总线（传输率可达12M波特），在很多领域内有广泛地应用。
通过本年度的北京国际机电一体化设备展览会可看到Profibus总线蓬勃发展的生命力。根据Venture DevelopmenCorp.（VDC）的新研究报告，PROFIBUS所占的市场份额大，也是发展快的现场总线。
Profibus的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础的，只是对第三层到第六层进行简化，可以说它的标准适应性强。它的三种模块（FMS.DP和PA）又可以适应不同的应用对象和通信速率方面的要求，开放性也好。
Profibus现场总线基于令牌协议加主从总线的介质存取方式，主站以主从方式与从站通讯，各主站之间由令牌协议决定总线控制权。站点数可达127个。
正是基于Profibus现场总线技术上的成熟和开放性，以及实际应用后的经济效果，我们在自动化控制系统中采用了它。
三、Profibus-DP组态说明
在以上的自动化控制系统中，Profibus-DP现场总线应用在直流数字传动装置DCS500、远程操作单元ET200M与S7-400PLC之间的通讯上。
1、硬件组态
Profibus-DP总线共有9个站，分别是S7-400PLC作为Master，站号设定：2；其余均为Slave，它们有远程操作接口单元ET200M，站号设定：3；预精轧机1组数字传动装置DCS500，站号设定：4；预精轧机2组数字传动装置DCS500，站号设定：5；精轧机1架数字传动装置DCS500，站号设定：6；精轧机2架数字传动装置DCS500，站号设定：7；飞剪数字传动装置DCS500，站号设定：8；夹送辊数字传动装置DCS500，站号设定：9；吐丝机数字传动装置DCS500，站号设定：10。主站上应用S7-400PLC的CPU414-2DP，BUS终端器设定为ON。从站中DCS500设备应用PROFIBUS适配模件NPBA-02，BUS终端器设定为OFF，ET200M的BUS终端器设定为ON。BUS终端器设定一定要正确，即BUS两端为ON，中间接点为OFF。通讯距离约为500M。
Profibus-DP的布线要严格按照适配模件的说明来接线，通讯电缆好用西门子公司的专用DP电缆或屏蔽双绞两芯电缆。屏蔽层的接线一定要保证单端接地，结合现场总线的抑制干扰技术可以保证系统通讯的正常运行。
2、软件组态
系统的组成如果不是一家公司的设备和材料，则为了确保参数匹配正确，各公司均提供有ProfiDrive的定义程序来匹配Profibus的组态。
在Master站S7-400PLC上，要对DP进行组态，通过STEP7软件包结合ProfiDrive的定义程序来进行。组态的关键是正确地选择Profibus-DP的方式，即PPO的类型。在该系统中为PPO-2型，通讯字有十个数据字。由于线路的长度，约为500M，故通讯速率选择为500KB/S，根据实际的应用效果看，该速率满足系统的信号交换要求。
在Slave站DCS500上，同样要正确地组态通讯参数。从站的接口适配模件为NPBA-02，在驱动和NPBA-02之间建立联系，即PLC与DCS500之间建立通讯，有八个组态参数必须组态，见下表：（详细说明参阅相关的参考手册）
经过上述两方面软硬件的正确组态后，Profibus-DP总线就建立起来了。
四、软件要作的工作
Profibus-DP总线经过软硬件的组态建立起来后，Master和Slave之间的信息交换还必须在主/从站内部来规定，即在双方要用软件来定义其传输信息的内容。
在我们的自动化控制系统中，Master站应用了8个字来记录所有的交换信号，包含DI12点，DO6点，AI3点，AO1点。应用STEP7内的标准功能块SFC14-DPRDDAT和SFC15-DPWRDAT来接收和发送DP上的信号。Slave站同样用相应的8个字来对应Master站，即由主→从应用4个字和由从→主应用4个字。
五、使用情况
在攀钢高速线材轧机的自动化控制系统中，应用Profibus-DP现场总线
取得了很好地运行效果。
1、Profibus-DP总线满足了对自动化系统功能的各项要求。
2、运行费用和能耗均有显著的节省，可达到20%，并且使用合理。
3、由于省除了大量的电缆、桥架、管路等材料，故投资可大大的减少。
4、大大的降低了运行劳动强度，维护简单，维护量小。耗材少。
六、设计、安装和调试体会
在本次自动化控制系统的设计、安装和调试过程中，Profibus-DP的应用无疑是正确的，只是在现场安装过程中，要注意以下几点：
1、现场安装条件与原始设计和系统要求的差异和解决方案。
2、现场各类干扰因素的防范。
3、现场的接地系统对总线的影响。
七、结束语
通过Profibus-DP现场总线在攀钢的自动控制系统中的应用成功，随着将数字信号和模拟信号混合的系统改造为全数字信号系统的发展，Profibus-DP会在攀钢的技术改造中得到越来越广泛的应用。