摘 要：鋼鐵廠熱處理生產線實現自動化對提高產品質量具有重要意義。本文介紹了自動化系統分層結構設計思想并結合實際進行了系統的分層和控制功能劃分。結合現場控制總線的通信機理，闡述了上位機和下位機的通信過程。 關鍵詞：profibus;現場總線;分層結構;組態軟件 0 前言 　　MINI-MPM連扎鋼管機組，其產品精度高、表面質量好，許多鋼鐵廠都將其引進。要保證其最終產品同樣具有高質量，則要求所有后步工序有與之相適應的先進工藝與裝備水平。為了優化控制熱處理線先進設備，使先進工藝得到可靠保證，則需使整條處理線實現自動化控制，并采取先進的技術措施和可靠的技術裝備，使系統設計有冗余度并穩定。本自動化生產線運用數字通信及網絡技術、采用分層設計思想，分為基礎自動化和生產過程自動化兩部分：基礎自動化負責各生產區域的工藝設備的控制;生產過程自動化負責整條生產線的串線，生產計劃下達，生產過程監控和物料跟蹤，各區域基礎自動化之間的通訊和連鎖任務。 1 系統設計 　　1.1 生產線熱處理過程 　　鋼管在經過MINI-MPM機組加工以后，熱處理過程框圖如下 　　需要實現的工藝流程分為： 　　（1） 上料區工藝流程; 　　（2） 淬火-回火區工藝流程; 　　（3） 常化-回火區工藝流程; 　　（4） 定徑-矯直區工藝流程; 　　（5） 冷卻區工藝流程; 　　（6） 彎曲度檢查-吸灰區工藝流程; 　　（7） 無損探傷區工藝流程; 　　（8） 修磨切廢區工藝流程; 　　（9） 視力檢查及稱重收集區工藝流程; 　　1.2 分層設計思想 　　整個熱處理自動化生產線采用層次結構，分為基礎自動化部分和過程自動化部分。 　　基礎自動化部分按照已劃分的區域由PLC實現分區控制。根據熱處理過程可以把設計范圍集中在以下四個區域： 　　（1） 1#，2#冷床區; 　　（2） 3#，4#冷床區; 　　（3） 5#，6#冷床區; 　　（4）修磨切廢區及視力檢查和稱重收集區; 　　每一區域分別設一套PLC控制系統，完成現場的對點智能控制，PLC采用S7-300系列中的CPU318-2DP。由于整個處理工藝的占地面積比較大，控制回路多，為了避免鋪設大量的控制線路，所以采用西門子的ET200模塊將一部分I/O放置在距離中心控制室較遠而控制點又比較集中的地方，利用PROFIBUS—DP通信協議形成遠程I/O。 　　生產過程自動化部分通過以太網對整個生產線各個區域控制系統串線，以及各個控制系統之間的通訊;完成數據的采集和統計處理，物料跟蹤，對過程控制參數進行設定和計算;通過人機接口進行操作指導，生產數據記錄，報警及運行狀態顯示。系統上位機采用工業用計算機，組態軟件為西門子的wincc5.0，通過CP5611通訊卡與下位機通訊。 　　1.3 系統框圖 2 PROFIBUS現場總線技術 　　profibus是近年來國際上較為流行的現場總線，其數據傳輸速率快（傳輸速率可達12M波特），很多領域內有廣泛地應用。Profibus的網絡協議是以ISO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進行簡化，它的標準適應性強。此外它的三種模塊（FMS,DP和PA）可以適應不同的應用對象和通信速率方面的要求，具有良好的開放性。Profibus現場總線主站以主從方式與從站通訊，各主站之間由令牌協議決定總線控制權，節點數可達127個。 　　基于profibus 現場總線技術上的成熟和開放性，以及實際應用后的經濟效果，在本自動化控制系統中采用其為底層控制總線。 3 系統控制功能劃分 　　3.1 基礎自動化部分 　　1）控制設計范圍內所有電氣設備。 　　2）所有電氣設備控制與聯鎖程序由PLC完成。 　　3）PLC之間的聯鎖由I/O連線和網絡雙重模式實現。 　　4）安全聯鎖分區域、分級別實現。 　　5）具有手動、半自動、全自動三種操作方式。 　　3.2 過部分 1基2 過程自動化部分 　　1）基礎自動化系統之間聯鎖 　　根據工藝要求和設備情況設計各設備之間的聯鎖信號，通過I/O信號和PLC之間聯網兩種方式實現。 　　2）工作區域控制分區 　　統一規劃、統一設計，將部分設備的生產供貨與控制分離，將這些設備的控制權交給與其工藝連接密切的單體設備制造商。 　　3）控制方式的定義與切換 　　根據工藝設計的總要求，設置了自動、半自動和手動三種控制方式。 　　4）工作區域急停保護 　　緊急停車是自動化生產線上必備的裝置，一般是在遇到故障和其他緊急情況下動作。 　　根據生產線的實際情況，緊急停車的作用區域是可以劃定的，并不意味著一旦有急停按鈕按下就必須全線停車。 　　5）工藝參數的下達 　　由于一條生產線上可以實現多種工藝路線，不同的工藝路線要求設備的運行、連鎖、保護等參數不同。這些參數單體設備無法預先得知，只能靠過程級系統在調整生產工藝時統一設定。 　　6）生產計劃的下達 　　向各單體設備下達生產計劃，如：批號、爐號、直徑、長度、壁厚、數量等。 　　7）設備設定參數上傳 　　各種生產計劃數據、工藝數據下傳到各單體設備后，各單體設備將這些數據進行統計、分析、計算、處理，確定設備的設定參數，并將設備的設定參數上傳到二級系統。 　　8）設備運行參數上傳 　　在生產進行當中，對主要的設備參數進行監控，如溫度、壓力、速度、探傷等。通過對這些數據的統計、分析,可以確定產品質量，了解設備的運行狀況。 　　9）設備運行狀態監控 　　在上位機上對系統功能進行設計和編程，顯示和監控設備的運行參數。 　　10）系統報警協調與處理 　　規劃報警種類，如：緊急停車，設備事故，設備運行參數超過警戒線等。設定報警級別，如：一級報警，全線停車;二級報警，區域停車;三級報警，給出警示，經確認后可繼續運行。四級報警，僅僅給出警示。限定報警區域，不同報警信息作用在不同的操作及控制區域。 　　11）物料跟蹤數據傳遞 　　物料跟蹤數據的傳遞是跨區域的動態數據交互過程，將本節拍的數據下傳到生產線上的各個設備中和將各個設備中的跟蹤數據上傳到二級系統中。 4 系統實現 　　根據所提出的系統功能要求，系統軟件實現分為上位機部分和下位機部分。 　　1）下位機編程軟件 　　本系統采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP 7完成硬件組態、參數設置、PLC程序編制、測試、調試和文擋處理。用戶程序由組織塊（OB）、功能塊（FB、FC）和數據塊（DB）構成。其中，OB是系統操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。FB、FC是用戶子程序。DB是用戶定義的用于存儲數據的存取區，本系統中它是上位機監控軟件與STEP7程序的數據接口點。 　　2）上位機監控軟件 　　wincc是一個集成的人機界面（HMI）系統和監控管理（SCADA）系統，它是結合西門子公司在過程自動化領域中的先進技術和微軟公司強大軟件功能的產物。其特性之一是全面開放，各系統集成商可用wincc作為系統擴展的基礎，通過開放接口開發自己的應用軟件。Wincc提供了各種PLC的驅動軟件，因此使PLC與上位計算機的連接變得非常容易，用戶在與wincc連接時直接使用在step7中配置的變量表，可以大幅降低工程時間 。 　　S7-300與wincc之間通信的實現步驟： 　　首先啟動wincc，建立一個新的wincc項目，然后在標簽管理（Tag Management）中選擇添加PLC驅動程序，設置節點名、節點地址等參數（節點地址必須與PLC中設置的相同）。其次，在組態完的S7-300下設置標簽，每個標簽有三個設置項，即標簽名，數據類型，標簽地址。其中最重要的是標簽地址，它定義了此標簽與S7-300中某一確定地址，如某一輸入位、輸出位或中間位等一一對應的關系。設置標簽地址可以直接利用在STEP7中配置的變量表，如設置標簽地址為Q0.0，表示S7-300中輸出地址是Q0.0，通過此方法將S7-300與wincc之間需要通信的數據一一作成標簽，即相當與完成了S7-300與wincc之間的聯接。然后在圖形編輯器中，用基本元件或圖形庫對象制作生產工藝流程監控畫面，并將變量標簽與每個對象連接，也就相當與畫面中各個對象與現場設備相連。 5 結論 　　本系統采用分層結構和實時性強的profibus現場控制總線，使整個自動化系統的綜合自動化程度可以充分得以實現。采用西門子配套的組態軟件wincc，生成人機對話接口，使操作員能夠清晰地管理和優化生產過程。 參考文獻： 　　[1] 黃靜雯. 基于profibus現場總線的煤礦井下膠帶監控系統 [J]. 電子技術應用，2003,18（3）:28-30 　　[2] 黎姚碧. 自動化生產線智能測試控制系統的可靠性 [J]. 安徽建筑工業學院學報，2002 18（2）:67-70 　　[3] 張元良. GPS車輛定位系統監控軟件的關鍵技術分析與設計 [J].計算機與自動化 　　2002 21（10）:83-86 　　[4] 周 明. 現場總線控制 [M]. 北京：中國電力出版社，2001。