【摘要】 Profibus现场总线技术的发展，引起传统控制系统结构的改变。WAGO公司充分利用现场总线技术开放性的特点，推出基于现场总线技术的先进控制系统。本文描述了基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统在高炉本体中的应用，分析了系统结构组成及市场前景。

【关键词】 现场总线、PROFIBUS-DP、PLC、分布式WAGO I/O系统

【Abstract】 The development of PROFIBUS feildbus technology results in the changes in the construction of the traditional control system. WAGO company promotes their Advanced Control System Based on the Feilbus. The thesis describe the procedure of the blast furnace PLC control system evolving into Advanced Control System Based on the Feilbus, and analysis the construction of the system and its potential market
【Key word】 Feilbus、PROFIBUS-DP、PLC、WAGO-I/O

1. 概述
唐山不锈钢有限责任公司450立方米高炉本体测控系统PLC控制选用的是集中式I/O设计，数据采集和处理都集中在PLC控制室内完成，这就造成线缆繁多，走线复杂，干扰严重，维护困难；为提高企业生产现代化的程度，适应市场发展的要求，我公司对新增550立方米高炉本体自动化系统进行技术改造。

在原有设计中，主控室与各工位设备之间的线缆要经过地沟、线缆隧道等连接，长的线缆可达上百米，由于信号传输量大，为便于施工和维护，保证信号传输的稳定可靠，我们决定采用西门子的Profibus-DP现场总线控制方式和分布式WAGO I/O产品相配合使用。


2. PROFIBUS网络的特点
PROFIBUS（Process Field Bus）是一个既简单，又便宜并且有较高传送速度的设备，作为一种总线标准，具有开放性、国际化、不依赖于设备生产商等特点。现在，PROFIBUS现场 总线已经实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与PLC和PC之间的数据传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，从而使 整个系统的工程费用、装配费用、硬件成本、设备调试和维修成本减少到最低。
由 PROFIBUS构成的兼容网络系统可应用于不同的场合，分为PROFIBUS-FMS，提供强有力的通信功能；PROFIBUS-DP，特别适合可编程控制器与现场分散的I/O设备之间的通信；PROFIBUS-PA，用于安全性较高的场合，允许对设备进行完全的内部操作。在高炉本体测控系统中，控制对象大部分为模拟量，而且比较集中地分布在现场的几个位置，非常适于采用现场总线PROFIBUS-DP控制协议和分布式WAGO I/O产品相配合使用。
3. WAGO-I/O-SYSTEM产品及主要特点：
WAGO-I/O-SYSTEM包括现场总线适配器，可编程现场总线控制器，750系列数字量输入输出模块，750系列模拟量输入输出模块，WAGO-I/O-PRO编程软件，WAGO-I/O-CHECK启动和诊断工具软件。以上配置根据具体的要求做适当的调整。

主要特点：

　a． 安装容易 模块化结构，体积小，节省空间，即插即用；WAGO笼式弹簧技术，接线简单可靠，抗振动，免维护。
　 b． 使用灵活 用户可以根据需要任意将各种功能模块组合到一起，并可根据需要随时更换总线适配器和其他功能模块，为将来实现现场总线同意提供方便。
　　c． 功能齐全 能适应多种现场总线通讯方式及串行口通讯；功能模块品种多，功能齐全，包含有适用于各种电压等级信号的开关量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块，继电器模块，计数器模块，电源模块，接口模块等。
　　 d． 设计经济 每个模块上的通道数量少，为经济的设计现场总线节点提供了条件。
　　 e． 连接快速简单 通过总线适配器将现场总线输入/输出系统快速连接到PLC或PC。
　　 f． 防护箱可达IP65防护等级 为适应工业现场总线系统的发展，例如化工业、食品业等系统的防护要求，以及冶金、化工等工矿企业恶劣的现场环境，WAGO为750系列提供了具有IP65防护等级的防护箱。
　　WAGO总线控制系统可以灵活地采用PROFIBUS，DericeNet，CANopen，Modbus Ethernet，PROFINET等方案。

4. 系统设备及结构配置
本系统根据工艺要求，对高炉本体的炉身衬砖、炉底板及炉基、冷却壁温度进行检测，对高炉本体冷却水和氮气介质系统的压力、温度、流量进行检测，对工艺参数炉顶上升管压力进行检测及控制调压阀组的快开阀、自动阀和量程阀等设备。

在自动化控制设备选型时，考虑成本、控制稳定性及应用普及率的综合优势，最终选择SIEMENS公司产品作为主站。其中主站采用S7-400产品，CPU选型为带内置DP口的CPU；I/O从站共有5个，因控制对象大多为模拟量，确定为WAGO 750系列产品；上位机配置2台，型号为SIMATIC PC-IL43并内部集成以太网接口通讯卡，与主站之间的通讯采用工业以太网。 如图一所示：




图一 网络图

5个总线箱与CPU用一根PROFIBUS-DP线进行连接，当系统运行时，主站按顺序访问每个从站。其设置速度为1.5Mbps，信号传输仅为毫秒级。PROFIBUS-DP是一个抗电磁干扰的两线差分系统即使在严重干扰或远距离的环境下，现场总线均能保持良好的工作状态。总线两端接头的拨码开关分别拨到ON位置，其余几个拨码开关拨到OFF位置.在每个总线箱的旁边分别设置了一个仪表箱，为现场的用电设备供电，一次仪表采用传感器+变送器方式，信号输出为4-20mA标准电流信号进入总线箱。

5个IP65防护等级的防护箱且尽量靠近现场测点。从现场仪表来的控制线直接接入I/O模板前连接器，不再经过中间端子，控制箱进缆孔采用橡胶密封圈，以防止湿热气体和灰尘进入。电缆屏蔽层夹在电缆卡子上直接接地，保证屏蔽层接地良好，总线控制箱分布于下图二所示的位置。









箱号
位置
WAGO I/O模块

BA01
本体标高+0.0m
15个2路模拟量差分输入模块 4－－20 mA


BA02
本体标高+0.0m
26个2路模拟量差分输入模块 4－－20 mA

BA03
本体标高+18.05m
19个2路模拟量差分输入模块 4－－20 mA


BA04
本体标高+21.4m
20个2路模拟量差分输入模块 4－－20 mA

BA05
调压阀组旁
9个2路模拟量差分输入模块4－－20 mA

8个2路模拟量输出模块 4－－20 mA

2个8点数字量输入模块

2个8点数字量输出模块



图二 WAGO-I/O-SYSTEM分布图

5.系统软件的构成

编程软件采用STEP7 v5.3 , 将WAGO的GSD文件加入STEP7驱动文件中，便可以在辨识WAGO产品。人机界面选用SIEMENS WINCC5.1.，具有状态监控，报警提示，趋势查询的功能。

6. 系统特点
采用PROFIBUS技术后，与传统的集中控制比较，该系统具有以下几个特点：
a．系统设计更加方便，免去了PLC输入/输出的大量原理图、接线图的设计，出图量大大减少，控制柜内设计、布线、装配也更加简便，加快了设计、生产周期。
b. 组态、调试更加容易，无需其他特殊软件，在S7软件包中，用鼠标拖拉即可完成PROFIBUS-DP的组态，不需要额外费用