華菱衡鋼Φ340機組是衡鋼自動化程度最高的生產線，整條生產線的自動化控制復雜，控制網絡多。其自動化控制系統主要有ABB和西門子兩大類，三大主機（穿孔機、連軋機、定徑機）由ABB控制系統控制，管坯、環形爐、步進爐、精整線由西門子控制系統控制。所有控制系統中的網絡應用得最多的為Profibus－DP現場總線網絡。Φ340機組精整生產線的基礎自動化采用Profibus－DP現場總線，組成分布式控制系統，實現精整區設備的自動控制。

1 現場總線Profibus在工廠自動化系統中的應用

一個典型的工廠自動化系統應該是三級網絡結構，即現場設備層、車間監控層和工廠管理層。基于現場總線Profibus－DP／PA控制系統位于工廠自動化系統中的底層，即現場級與車間級。現場總線Profibus是面向現場級與車間級的數字化通信網絡。如圖1所示：

圖1 Profibus在工廠自動化系統中的位置

1）現場設備層：主要功能是連接現場設備，如分散式I／O、傳感器、驅動器、執行機構、開關設備等，完成現場設備控制及設備間連鎖控制，如一臺加工設備控制、一條裝配輸送線或一條生產線上現場設備之間的連鎖控制。主站（PLC、PC機或其它控制器）負責總線通信管理及所有從站的通信。

2）車間監控層：車間級監控用來完成車間主生產設備之間的連接，如一個車間三條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。

3）工廠管理層：車間操作員工作站可通過集線器與車間辦公管理網連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為工廠主網的一個子網。子網同過交換機、網橋或路由等連接到廠區骨干網，將車間數據集成到工廠管理層。

2 精整生產線工藝簡介

精整生產線主要作為鋼管生產的后期工藝處理，工藝流程如圖2。

圖2 精整生產線的生產流程

由圖可看出精整線主要完成鋼管的通風冷卻、定尺鋸切、矯直、探傷、噴印及下線入庫。因此生產線上的設備主要有冷床、管排鋸、矯直機、探傷機、噴標機及現場輔助設備等。

2.1 精整線系統的構成

根據工藝流程，精整線可分為四大系統，即冷卻系統、鋸切系統、矯直區、檢測區。其自動控制網絡拓撲結構圖如圖3所示。冷卻系統主要將定徑后的高溫鋼管冷卻使其溫度滿足后續加工工藝要求。鋸切系統主要完成鋼管的頭尾切除和定尺。矯直區完成鋼管的矯直和去鋼管表面氧化層。檢測區完成鋼管無損檢測、鋼管好壞分選、噴字及按爐批號下線入庫。

由圖3可看出整個系統分兩大層，監控層和設備控制層，以精整主PLC為核心。精整主PLC為精整1號線的核心，負責控制精整區的基礎自動化及該區域所有輔助設備和與管排鋸、矯直機、探傷機一類智能從站信息交換。

圖3 精整1號線的控制網絡結構

（1）監控層

監控層由工程師站和操作員站組成。工程師站為一臺西門子工控PC機，PC機上配有工業以太網卡和Step7v5．2軟件，工程師站用于程序監控及故障診斷，工程師站屬一類主站。操作員站配工業以太網卡和WinCC組態軟件，它承當數據管理、工產數據采集、報警、及中文報表等工作。并可下達操作指令，實現生產線的自動化，操作員站屬于二類主站。

（2）設備控制層

系統設備控制層由Profibus－DP現場總線構成，分四條網絡，共71個站。

Profibus－1：由現場I／O遠程站、操作臺I／O遠程站組成共9個站，這些I／O遠程站都為ET200M模塊型從站，在硬件組態時傳輸速率設為1．5Mbps，由于該網絡線路較長，線路迂回長度500m以上。而Profibus中網絡段距離在200m以內傳輸速率才能保證1．5Mbps，為了保證網絡上數據傳輸速率穩定在1．5Mbps，所以在各站之間設有中繼放大器作信號放大和干擾隔離。該網絡主要采集現場檢測元件信號和接收操作臺的動作指令。Profibus－2：5P傳動網絡，由32個從站組成，從站為ABB的ACS600多傳動裝置。包括大冷床升降橫移傳動傳動裝置、冷床下料斯惠頓傳動裝置、鋸區前后輥道及斯惠頓傳動裝置等。ACS600逆變器通過NPBA－12Profibus總線適配器與主站的CP342－5進行通訊，通訊速率為1．5Mbps。該網絡上的通訊數據均為傳動裝置的控制字和狀態字信息，正常工作時傳動裝置隨時接收主站發過來的啟／停命令和速度給定，并同時發送自身的狀態信息給主站。

Profibus－3：6P傳動網絡，由24個從站組成，從站也為ABB的ACS600多傳動裝置。由矯直前后輥道傳動裝置、探傷前步進橫移傳動裝置、探傷區輥道傳動裝置、檢測區輥道傳動裝置、探傷后噴印后撥料鉤傳動裝置組成。該網絡上的逆變器由通過RPBA－01Profibus總線適配與主站的CP342－5進行通訊，通訊速率也為1．5Mbps，網絡功能與5P一樣。