关键词：Profibus-DP、PLC、液压站、控制系统
1、引言
济钢中板厂轧机液压系统由平衡、传动、干油、稀油等功能不同几个部分组成，作为为同一轧机工作的液压系统在控制上必须采用整体控制，实现设备运行、人员操作的可靠、简单化。PROFIBUS-DP总线技术允许构成单主站或多主站系统,在同一总线上最多可连接126个站点。采用RS-485双绞线、双线电缆或光缆传输，传输速率从9.6kbps到12Mbps。各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。采用SIEMENS Profibus-DP总线技术，把各个分散不同功能泵站、操作平台整合为一个S7-300控制系统是解决我厂轧机液压系统控制的最好方法.在控制系统中各个ET200分站、S7300主站、触摸面板PP17-II是整个轧机液压系统的控制核心组成。其主要收集和传输现场检测信号，对各个泵站重要参数（如液位，压力，温度）进行精确控制。基于Profibus-DP总线技术建立的轧机液压站控制系统，通过上位机监控操作系统，值班操作人员能实时了解泵站各个运行参数和进行相应的工艺操作。
2、系统构成
根据中板轧机液压站的工艺布局，在控制系统整个框架结构上以Profibus-DP总线为主线，由一个S7-300PLC主控制系统、一台WinCC监控站、一个PP17-II操作站、五个ET200站构成一个主从结构的液压控制系统。（如图一）
2.1 Profibus现场总线结构
Profibus是德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。PROFIBUS广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化等行业。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP,PROFIBUS-FMS,PROFIBUS-PA。其特点分别为：PROFIBUS-DP （工厂自动化） ,快速即插即用;PROFIBUS-FMS （通用性自动化）,通用、大范围使用、多主通信;PROFIBUS-PA （过程自动化）,面向应用、总线供电、本质安全。PROFIBUS-DP用于设备级的高速数据传送,中央控制器通过高速串行线同分散的现场设备进行通信,多数数据交换是周期性的,除此以外,智能化现场设备还需要非周期性通信,以进行配置诊断和报警处理。
2.2主从通讯总线结构
本系统采用Profibus-DP总线结构方式，实现主从通讯。S7-315-2DP作为总线主站，以轮询方式对下属各个分站（ET200M）进周期性扫描读写，并通过Profibus-DP总线将指令传输至各个分站对应数据区。在控制系统中各个站功能如下：
2.2．1 S7-300 PLC主站
在系统结构中主站采用S7-315-2DP（6ES7-315-2AG10 -OABO）CPU，其在控制系统之间或人机界面 （HMI）之间进行周期性数据通讯、用户程序或功能块调用。实现逻辑控制、数据处理。完成液压站内压力、液位、油温等参数控制和阀组得失电动作等。
2.2．2 ET200分站
ET200是高密度配置的模块化I/O站，保护等级为IP20。主要用于S7-300可编程控制器的信号，功能和通讯模块扩展。系统中共使用了五个ET200M分站，收集和控制全部I/O模块，完成整个系统的数字量数据采集、模拟量数据采集、控制信号采集、各油泵电机及电磁阀等运行状态显示，具体功能如下：
4#、5#、6#站分别为传动站，平衡站、润滑站在工艺上该站为轧机提供液压动力、液压平衡、润滑。实现推床、导位、换辊动作和辊系平衡、轴承润滑等功能。三个分站对应各个站油箱液位、油泵、压力切换保护、油温等实现自动控制。
7#、8#站分别为MCC和现场阀组控制站，MCC站对各个站电机实现启动、保护、停止功能、现场阀组对应各个现场液压阀实现得失电控制。
2.2.3 PP17-II 触摸面板
SIMATIC PP17-II 为更复杂的任务设计，具有32个按键 、4色LED 、16组数字输入/输出 、1个中央输入端。在轧机操作台所有操作均通过触摸面板操作，编程后的面板不仅灵活、还为操作人员提供不同颜色的指示。
2.4 WinCC操作监控上位机
WinCC是一个集成的人机界面系统和监控管理系统，通过它提供的图形设计器、报警记录、标记记录、报告设计器、全局脚本、控制中心、用户管理等功能，对整个液压系统进行信息和操作整合，轧机液压站操作监控系统用于实时监控液压站系统运行情况，显示各个主要运行参数，并提供全面的系统报警和故障显示。
2.5 检测系统和执行机构
液压控制系统的检测系统包括位移传感器、压力传感器、温度传感器、液位传感器、控制限位等。液压控制系统的执行机构主要是电机和分布在现场的各种电磁阀等。通过控制各电磁阀的得电失电状态控制轧机的中部接轴，工作辊支撑辊的平衡以及推床和换辊系统等。主要执行机构为电磁阀类型，根据轧机生产工艺要求，我们将轧机液压阀组分为平衡、传动、推床和接轴控制四个阀组。每个阀组根据控制功能需要分为脉冲式电磁阀和一般电磁阀。
3、系统软件应用
3.1系统硬件组态
液压控制系统采用SIEMENS STEP7编程软件进行系统硬件组态和程序编制。硬件主站为CPU315-2DP，液压站控制系统硬件组态。（如图二）
3.2系统软件
3.2.1 PROFIBUS属性设置
PROFIBUS属性设置包括Transmission rate 和Profile两项。（如图三）
3.2.2:程序功能块:
PLC和ET200站是系统的主要构成部分，5个分站，主要是将ET200站安装在距离中心控制室较远而控制点又比较集中的各泵站控制现场、泵站值班室、及轧机的操作现场和操作台，各ET200负责采集、传输本站所有I/O信号，而且完成泵站所有控制，实现了轧机液压控制系统的远程通讯，达到各功能泵站控制统一的轧机液压系统目的。根据系统工艺要求将程序分为6个功能块，在程序里面将PLC主站和5个ET200分站模块的数据统一应用在程序里面的6个FC功能块里面，分别对各个分站功能控制，实现液压站各系统整体化。FC1为平衡站子系统控制功能块,FC2为传动站子系统控制功能块,FC3为MCC控制柜内控制柜, FC4为液压管路阀组子系统控制功能块,FC5为干油稀油润滑子系统控制功能块, FC6为其他辅助设施子系统控制功能块。各OB组织块在软件担任相应的功能。（如图四）
3.2.2 PP17-II操作面板软件设置
软件中对PP17-II操作面板提供的32个按钮按照工艺操作要求进行配置定义，具体操作有工作辊、上支撑平衡，东西吊挂缸起落，上下接手平衡，东西机架辊进出，轴向夹紧，换辊进出，工况选择等。面板32个LED状态指示颜色定义如图五。
3.2.3 WinCC系统监控
系统中WinCC监控站开发的人机界面HMI显示的内容有图形、数据等，还有软开关供操作工操作，并将设备按照处理工艺的功能步骤分在多张画面内，分为系统总图、平衡系统图、传动系统图、干油稀油系统图、润滑系统图、阀组系统、压力调节设定、系统工作方式的界面图等。WinCC监控站接收PLC的实时数据，还用于显示相应的运行过程数据及工作状态，供操作人员监控。各个泵站电机的运行状态、供油系统的液位、压力、温度、电磁阀工作状态、限位状态等通过DP网传到上位机并通过监控画面显示出来，特别是对各个系统的连锁设置了报警值和跳闸值，将各种操作、报警及跳闸信息在WinCC系统的报警记录中显示出来，出现报警的时候在报警栏显示报警记录，并通过画面颜色闪烁提示操作者有故障发生，对各种数据进行处理形成各种报表，并存储历史数据，特别是在设置了各个与轧机稳定运行有关数据的预报警值，使操作人员根据实际情况调节系统的压力等以适应生产的稳定高效运行，使得整套液压系统运行稳定，防止各类事故发生。如图六。
4、结束语
济钢中板厂四辊轧机液压控制系统自投用以来，实现对整个液压站系统可靠运行，完全达到轧机工艺要求。基于Profibus-DP总线的轧机液压站控制系统具有操作灵活、维护简单、扩展容易，运行稳定。
作者介绍：
段文宇（1981-），男，江西都昌人，2004年毕业于江西理工大学，电气自动化专业，现为济钢中板厂助理工程师，从事电气自动化工作。办公室电话：0531-88866237
