DP／DP Coupler在矫直机本体及换辊系统中的应用

陈燕丽

（山东钢铁集团 莱芜分公司 自动化部 银山轧区车间，山东 莱芜 271104）

1 系统概述

莱钢大型H型钢生产线采用德国西马克公司提供的紧凑型辊式矫直机（Compact Roller Straightenter），轧件在辊式矫直机中，经过交错排列矫直辊的多次反向弯曲，使原始曲率的不均匀度逐渐减小，进而矫直，使钢板平直度符合国家标准，满足用户要求。该系统功能分为两个部分，即矫直机本体自控系统和矫直辊换辊系统，两套独立的控制系统通过DP／DP Coupler方式相互通讯，实现矫直机的整体控制。

2 系统配置

2.1 网络通讯系统设计

矫直机本体系统的通讯网络采用Profibus-DP总线型拓扑通讯网络，使用光纤和Pr ofibus混用的通讯线路。在距离较远的ET200远程站和电磁干扰较高区域采用光纤作为通讯线路，通过光电转换器（OBT）将光信号转化成接收Profibus通讯协议的电信号。在距离较近处直接铺设费用相对较低的Profibus通讯电缆，在节约成本的基础上保证信号传输的正确性和稳定性。现场的各类信号通过信号电缆与ET200远程站的I／O接口点对点连接。该网络抗电磁干扰能力强、抗震性能好、集成程度高，有强大的诊断和自诊断功能，充分发挥了现场总线的诸多优点。

换辊系统采用西门子PLC-300控制，控制系统包括一个PLC柜和一个现场操作柜，通讯网络采用Profibus-DP总线型拓扑通讯网络，现场的各类信号通过信号电缆与ET200远程站的I／O接口点对点连接。矫直机本体系统与换辊系统之间通过DP／DP Coupler方式相互通讯传输数据实现矫直机的整体控制。

矫直机系统控制网络见图1。图1中虚线为光缆，黑色粗实线为Profibus-DP线，黑色细实线为电源线。

2.2 Profibus-DP现场总线控制技术

在矫直机本体控制系统中，我们采用光纤总线终端传输的Pr ofibus技术。使用光纤总线终端可将没有集成式光学接口的Profibus设备连接至光学线缆上。由于PLC离现场较远，我们采用PCF光纤电缆，该光缆最大可用距离为300 m。光纤总线终端支持所有Pr ofibus，最高的数据传输速率达12 Mb／s。

图1 矫直机系统控制网络

Profibus是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通讯与控制的现场总线技术，可实现现场级到车间级监控的分散式数字控制和现场通讯网络。而Profibus-DP是一种高速且优化的通讯方案，主要用于实现现场级控制系统与分布式I／O及其他现场级设备之间的通讯，实现设备间的高速数据传送。

2.3 基于DP／DP Coupler网络耦合器的通讯连接

在矫直机系统的网络结构中，矫直机本体自控系统和矫直辊换辊系统分别由一套独立的西门子S7-400和S7-300控制，为了使这两个独立的系统进行通讯共同完成矫直机的自动控制，我们采用了西门子公司的SimATIC DP／DP Coupler网络耦合器。SimATIC DP／DP Coupler配有2个独立的DP接口，用于连接两个物理上相互独立的Profibus-DP网络。

DP DP Coupler在其两侧DP网络中都作为从站工作，以从站的方式将一侧网络上的主站数据传送给另外一侧网络上的主站，数据传输速度最高可达12 Mb／s。DP／DP Coupler的I／O 区必须按照1∶1配置，即一侧网络的输入数据长度要等于另一侧网络的输出数据长度。

3 硬件配置

矫直机本体自动控制系统采用西门子S7-400PLC控制，PLC控制系统与本地操作台控制系统采用工业以太网通讯，现场仪表和设备级采用Profibus现场总线进行通讯，PLC控制系统与现场ET200、旋转编码器、位移传感器采用Pr ofibus-DP通讯。

矫直机换辊系统采用S7-300PLC控制，PLC控制系统与操作台控制系统、现场仪表和设备级采用Profibus现场总线进行通讯。

两个独立的系统之间通过DP／DP Coupler网络耦合器连接，进行数据交换共同完成矫直机的自动控制。矫直机自动控制系统的硬件配置图见图2。

图2 矫直机自动控制系统硬件配置图

4 两个独立网络之间DP／DP Coupler的配置

4.1 DP／DP Coupler概述

DP／DP Coupler用于连接两个Profibus-DP主站网络，以便在这两个主站网络之间进行数据通讯，数据通讯区最高可达244个字节的输入和244个字节的输出。DP／DP Coupler具有以下特点：连接两个不同的Pr ofibus网络进行通讯，两个网络的通讯速率、站地址可以不同；最多可建立16个I／O数据交换区；两个网络电气隔离，一个网段出现故障不会影响另一个网段的运行等。

4.2 DP／DP Coupler连接两个网络的配置

对于DP／DP Coupler连接的两个网段，通讯速率可以不同，因此DP／DP Coupler非常适用于不同通讯速率的两个Profibus-DP主站系统之间的数据通讯，但是对于通讯数据区，网络1的输入区必须和网络2的输出区完全对应，同样网络2的输入区必须和网络1的输出区完全对应，否则会造成通讯故障，图3显示了两个网络之间数据通讯区的对应关系。

图3 DP／DP Coupler数据通讯

4.2.1 DP／DP Coupler配置

在西门子编程软件PCS7中打开矫直机本体自控系统硬件组态，选择需要增加DP／DP Coupler的一条Profibus-DP通讯网络，设置网络的通讯速率，从硬件目录中将DP／DP Coupler拖拽到Profibus Master中，如图4所示。

图4 DP／DP Coupler硬件配置图

双击硬件组态中DP／DP Coupler，打开属性对话框，设置DP地址及其他属性，然后组态矫直机本体与换辊系统的通讯接口区，如图5所示。

图5 DP／DP Coupler模板配置图

这样，矫直机本体自控系统DP／DP Coupler配置组态完毕。换辊系统DP／DP Coupler的配置组态相同。

4.2.2 通讯测试

首先对DP／DP Coupler模块的两个通讯网络利用PCS7分配Pr ofibus地址，然后将两个网络的硬件及程序下装到CPU中，对通讯状态及数据进行监控。将OB85～OB87下装到CPU中防止因通讯故障导致CPU停机，对于连续的数据区（组态为“Total Length”）必须在 OB1中调用SFC14（DPRD＿DAT）、SFC15（DPWD＿DAT）以保证两个网络之间的所有应得数据通讯在一个通讯周期内完成。

通讯建立后，在两个系统中分别建一个变量监控表，将两个系统之间通讯的数据加入变量监控表进行数据监控，矫直机本体系统的输入数据是与换辊系统的输出信号相对应的。

5 总结

莱钢大型H型钢矫直机系统功能复杂，涉及矫直辊调整技术、各种回路调节控制以及二级追踪的模糊逻辑控制等。矫直机本体自动控制系统和矫直辊换辊自动控制系统通过DP／DP Coupler网络耦合器进行连接，实现了两套自控系统之间的数据通讯，共同完成了矫直机的自动控制，确保了成品钢材得到最佳的钢板平直度及最低的残余应力，达到了提高成品钢材质量、降低能源消耗、扩大经济效益的目的。