摘要：通過對HWS靜壓造型線改造的描述，系統的對西門子PROFIBUS現場總線系統的系統構成、網絡結構特點、硬件構成及其主要硬件結構特點作了介紹，并對開發該系統的各種系統軟件進行了簡單介紹。 關鍵詞：HWS靜壓造型線；PROFIBUS-DP；硬件；軟件 1項目簡介 HWS靜壓造型線是濰坊柴油機廠于1992年進的德國HEINRICHWAGNERSINTO公司設制造的具有2O世紀8O年代末國際先進水平的二手鑄造生產線。該線全線由造型機、捅分箱機、合箱機、翻箱機、加底板機、上下箱段、澆注段、冷卻段等部分組成，由5臺轉運小車及4臺舉升臺完成全線的工藝聯接。該線改造前由兩套西門子S5-115PLC分別控制造型機和捅分箱機，而其他各部分則采用常規繼電器控制，為半自動線控制方式。該線經多年運行后，機械及電氣故障頻繁，各部位運行達不到工藝要求，我們于2001年論證并對該線開始實施技術改造。改造方案增加一條冷卻道、增加翻箱機和舉升臺各一臺、延長上下箱段、全新設計更新合箱機和加底板機等，更新電氣控制系統并實現全線聯動。在電氣控制上我們選用了由西門子PLC、工業PC、OP控制面板和PROFIBUS現場總線組成的系統，應用該系統極大的了增強現場控制的靈活性，降低設計施工費用，減少電纜鋪設，易于維護和擴展。項目實施后，系統運行穩定可靠，取得了可觀的經濟效益。 2系統構成 對HWS靜壓造型線的電氣控制系統的改造我們采用的是西門子SIMATIC全集成自動控制技術。采用S7-400高速處理器和分布式I/OET200M結構，并選用PROFIBUS-DP現場總線通訊協議，構成高速、可靠的工業控制網絡。整個控制系統的監控部分，分為由OP170B所組成的現場級監控和由高性能的工控機以及監控軟件WINCC所構成的上位監控。安裝在中控室的高性能中央處理器CPU414-2DP，是整個控制系統的核心部分，通過它完成與各子站ET200M、OP170B以及上位機的通訊，同時進行數據信號的收集和處理，完成對整個系統的自動控制。分裝在各子站的分布式ET200M，通過PROFIBUS—DP網絡實現對控制系統的數據采集、數據處理、過程控制、故障報警和聯鎖保護等操作和控制。 每個子站均配有一個可視化的操作面板OP170B，通過PROFIBUS—DP網絡實現與中央處理器的數據交換，進而為現場操作者提供一個良好的操作和監控界面。中央控制室的上位監控站選用SIEMENS公司專門用于工業場合的工控機PCBOX840和工業級監視器SCM1995-R，具有較高的數據處理性能和極高的穩定性、抗干擾性。工控機內安裝用于連接PROFIBUS—DP現場總線的CP5611通訊卡實現與主PLC的數據通訊，利用上位監控軟件WINCC及時、準確、形象地將現場設備狀況呈現在中控室的工作人員面前，便于對整條生產線進行監控和管理。HWS靜壓造型線控制系統的網絡結構見圖1。 3網絡結構特點 PR0FIBUS現場總線是基于國際標準EN5017的開放的現場總線，采用令牌調度原理進行數據通訊，主要包括最高波特率可達12M的高速總線PROFIBUS-DP（H2）和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS—PA（HI），DP和PA的完美結合使得PROFIBUS現場總線在結構和性能上優越于其他現場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統與現場信號單元的通訊，也可直接連接帶有接口的變送器、執行器、傳動裝置和其它現場儀表及設備，對現場信號進行采集和監控，并且用一對雙絞線或光纜替代了傳統的大量的傳輸電纜，大量節省了電纜的費用，也相應節省了施工調試以及系統投運后的維護時間和費用。 4硬件構成及其結構特點 4．1中央處理單元（CPU） 作為電氣系統的核心部件，我們選用CPU4142DP作為現場控制可編程控制器的中央處理單元負責對整條生產線的工藝流程進行控制，以及對所有現場信號進行采集和處理。 CPU414—2DP是功能強大的SIMATICS7-400CPU，其主要性能指標如下： 規格型號：6ES7414-2XG03—0AB0； 執行時間：0.1ms/k指令； 本機集成RAM：程序128K字節； 數據128K字節； 裝載存儲器：最大可擴至64M： 數據備份：鋰電池； 數字量I/O總數：65536通道； 模擬量I/O總數：4096通道； 定時器/計數器：256/256； PR0FIBUS—DP波特率：最大12Mbit/s。 4．2分布式I/OET200M的構成和主要功能參數 由于整個系統采用的是分布式的控制結構，所以在各分站配備了分布式的I/OET200M的通訊模塊和數字量、模擬量輸入/輸出模板，用于采集和發送現場信號。全線設有9個分布式的I/OEr20oM分站，其中造型機為2個。 ET200M分布式I/O子站主要由以下幾部分組成：SITOP直流電源；DIN安裝機架； IM153—1通訊接口模塊；高可靠的I/O信號接口模塊。 4．2．1ET200M的主要功能 現場控制子站的分布式I/OET200M通過PROFIBUS-DP現場總線與S7-400中央控制站進行實時通訊，它主要功能是：采集現場I/O信號，通過ET200M的I/O信號接口模塊將現場數字量或模擬量信號傳送到中央控制站，同時將中央控制器發送來的控制信號傳送至現場設備。 4．2．2ET200M通訊接口模塊的主要技術參數 規格型號：6ES7153-1AA03-0XB0； 通訊接口：9針Sub-D插座； 傳輸協議：PROFIBUS-DP； 最大傳輸速率：12Mbit/s； 最大地址空間：128字節輸入，128字節輸出； 最大模塊數量：8個。 4．3圖形顯示操作面板見圖2 選用OP170B作為現場操作平臺，可以及時反映現場工況，并可以通過面板上的軟按鍵對設備進行操作。通過PROFIBUS-DP工業控制網絡，該操作面板可以同中控室的主PLC進行數據交換，在將現場設備狀態及時、準確地反應給操作者的同時，也將現場操作者發出的控制指令反饋給主PLC，進而使操作者能夠及時準確地對設備狀態進行調整。改造后的HWS靜壓造型線全線設有8個OP170B現場操作面板，各面板組態有直觀的現場操作站用于實現對現場設備的控制和狀態顯示，另各面板組態有完善的設備故障報警和帶有密碼保護的系統參數設定畫面。OP170B主要性能指標如下： 規格型號：6AV6542-0BB15-2AXO； 分辨率：320～240像素； 處理器：32位，66MHz； 操作系統：WindowsCE； 系統存儲器：FlashMemory512KB； 通訊端口：RS232，RS422/RS485串行通訊口，打印機端口； 顯示屏：5.7”圖形顯示屏，配備高亮背景燈。 4．4作為監控站工控機 作為中央控制室的上位監控計算機我們選用了SIEMENS公司專門用于工業場合的PCB0X工控機。工控機內安裝用于連接PROFIBUS-DP網絡的CP5611卡，實現與中央PLC的聯網和數據交換。工控機的主要配置如下。 PIII866MHZ中央處理器：256M內存；10．2G硬盤；24倍速CD—ROM；1．44M軟驅；10M/100M（RJ45）以太網卡；CP56llPROFIBUSDP網卡；2個串行接口、2個PS/2接口、2個USB接口和1個并行接口；WindowsNT4．0操作系統；配備2l”工業級彩色監視器SCM1995一R。 5系統軟件簡介 5．1上位監控軟件WinCC WinCC是西門子公司在自動化領域與微軟公司共同開發的居于世界領先地位的工控軟件。WinCC即WINDOWSCONTROLCENTER（視窗控制中心），是一個32位的基于Windows的監控軟件。WinCC是一個功能強大的全面開放的監控系統，既可以用來完成小規模的簡單的過程監控應用也可以用來完成復雜的應用。在任何情況下WinCC都可以生成漂亮而便捷的人機對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優化生產過程。 5．2人機界面軟件Protool/Pro SIMATICProtool/Pro是一種基于PC的可視化的人機界面編程軟件，它可運行在MicrosoftWin—dows95/98/ME、WindowsNT4．0/2000和WindowsXP環境下，SIMATICProtool/Pro包含有功能強大的運行軟件（Protool/ProRT）以及通用的組態軟件（Protool/ProCS），適合所有西門子操作面板組態。 5．3硬件組態、控制程序編制軟件STEP7 STEP7編程軟件是用于SIMATICS7、SIMATICM7和SIMATICC7可編程控制器的標準工具。使用STEP7編程軟件進行硬件的配置和參數設置、通訊、編程、測試、調試以及文件編制，STEP7提供有各種任務的PLC控制功能，并可以在編程語言語句表、梯形圖和控制系統流程圖之間任意切換。 6總結 由于采用了應用PROFIBUS-DP現場總線技術構成的典型的分布式I/O控制結構，將整條生產線的控制集中在一臺PLC上完成，并應用西門子OP操作面板完成現場設備的監控和操作，從而在達到控制要求的同時，極大的降低了成本。經過近三年生產，驗證了整條鑄造生產線控制監視系統的可靠性和合理性。 應用PROFIBUS總線改造HWS靜壓造型線