基于Profibus-Modbus網(wǎng)橋和PLC實(shí)現(xiàn)某多晶硅還原爐10KV電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引言

PROFIBUS是一種具有廣泛應(yīng)用范圍的、開放的數(shù)字通信系統(tǒng)，特別適用于工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化領(lǐng)域。PROFIBUS適合于快速、時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用和復(fù)雜的通信任務(wù)。國內(nèi)某著名的多晶硅生產(chǎn)線的主控網(wǎng)絡(luò)采用PROFIBUS現(xiàn)場總線。多晶硅是電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電行業(yè)的最重要功能性原料，它對(duì)發(fā)展我國電子信息產(chǎn)業(yè)和太陽能產(chǎn)業(yè)極為重要。

設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)某多晶硅還原爐10KV電控系統(tǒng)時(shí)，需要將施耐德公司生產(chǎn)的繼電保護(hù)裝置的參數(shù)讀取到Siemens公司的S7-400 PLC和橫河DCS中，并集成到SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）監(jiān)控系統(tǒng)中，參與實(shí)際的連鎖控制。繼電保護(hù)裝置提供RS-485通訊接口，其通訊協(xié)議為Modbus RTU（Remote Terminal Unit）協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)Modbus RTU協(xié)議到PROFIBUS協(xié)議的轉(zhuǎn)換，該設(shè)計(jì)利用北京鼎實(shí)公司生產(chǎn)的Profibus-Modbus網(wǎng)橋（PB-B-MODBUS）實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站與Modbus設(shè)備通訊，然后通過PLC中的工業(yè)以太網(wǎng)模塊、現(xiàn)場總線模塊連接到企業(yè)SCADA系統(tǒng)中，使二者得到完美的結(jié)合。

一、系統(tǒng)概述

多晶硅還原爐電氣系統(tǒng)的主要設(shè)備是大功率調(diào)壓器。調(diào)壓器所帶負(fù)載是多晶硅棒串聯(lián)而成的純電阻負(fù)載。調(diào)壓器的作用實(shí)際上是對(duì)負(fù)載電阻進(jìn)行電加熱，并且保持硅棒表面溫度恒定（一般1080℃）。硅棒串聯(lián)而成的電阻是一個(gè)變化的電阻：第一，硅棒溫度從常溫上升到1000℃，Φ8直徑硅芯電阻從幾百kΩ下降到幾十Ω；第二，保持硅棒表面溫度1080℃，硅棒直徑從Φ8增加到Φ150，硅棒電阻從幾十Ω下降到幾十mΩ?？梢姽璋綦娮璐蠓秶儎?dòng)引起調(diào)壓器輸出電壓和電流的調(diào)節(jié)范圍大是這種調(diào)壓器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。按照實(shí)際工作的性質(zhì)，調(diào)壓器分為硅棒溫度從常溫加熱到1000℃的預(yù)熱調(diào)壓器和硅棒直徑從Φ8增加到最終直徑并且始終保持硅棒表面溫度1080℃的還原調(diào)壓器。

多晶硅還原爐電氣系統(tǒng)主要功能是：

1． 對(duì)管轄的所有還原爐電氣設(shè)備（調(diào)壓器、變壓器、開關(guān)柜）進(jìn)行數(shù)字通信。

2． 對(duì)管轄的所有還原爐電氣設(shè)備的電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行畫面顯示和曲線記錄，并且對(duì)所有還原爐電氣設(shè)備的故障進(jìn)行畫面提示和記錄。

PB-B-MODBUS總線橋主要應(yīng)用在還原爐開關(guān)柜與PROFIBUS主控系統(tǒng)的通訊。該系統(tǒng)采用雙冗余PROFIBUS和光纖通信，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。

圖1 還原爐電氣控制原理

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在該多晶硅（控制10KV多晶硅還原爐）生產(chǎn)線分為兩期進(jìn)行建設(shè)，兩期生產(chǎn)線都采用PROFIBUS DP作為主控網(wǎng)絡(luò)。第一期采用西門子S7 400H冗余PLC，配置軟件使用STEP 7。

圖2 基于西門子S7 400的控制系統(tǒng)

第二期工程主控系統(tǒng)采用橫河DCS，配置軟件為SYCON。

圖3 基于橫河DCS CS3000的控制系統(tǒng)

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三、PB-B-MODBUS總線橋讀取施耐德MODBUS綜保儀點(diǎn)表

表1 PB-B-MODBUS與綜保儀數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)表

四、PB-B-MODBUS總線橋的配置方法

鑒于鼎實(shí)科技PB-B-MODBUS的產(chǎn)品手冊(cè)已經(jīng)詳細(xì)說明了基于西門子STEP 7配置方法，本文不再贅述。本文將著重介紹基于恒河DCS的配置軟件SYCON的配置方法。

1、導(dǎo)入GSD文件后，添加從站，盡量使用V33版本的（V33是V32的改進(jìn)版，新增了一些功能）。

2、右鍵菜單中選擇Slave configuraTIon

3、前面兩個(gè)模塊“status”和“control”一定要配置進(jìn)去，其他根據(jù)自己需要填加，現(xiàn)在以讀MODBUS地址為2的從站，根據(jù)表1讀取施耐德綜保儀數(shù)據(jù)，。下拉Module菜單，選擇read 3 Words（4xxxx）模塊和read 1 Words（4xxxx）。

4、點(diǎn)擊右上角第三個(gè)“Parameter Data”

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5、點(diǎn)擊“Common”，設(shè)置通訊接口，必須和下面MODBUS設(shè)備通訊接口一至。

雙擊“Value”菜單下面的值即可做相應(yīng)的修改，下圖為修改波特率

6、點(diǎn)擊“Module”即可修改所配置模塊的MODBUS的從站地址和寄存器的起始地址（根據(jù)表1進(jìn)行設(shè)置）。

五、結(jié)束語

自本通訊系統(tǒng)運(yùn)行以來，PLC與Modbus RTU間的通訊一直正常，從未出現(xiàn)過任何軟、硬件故障以及其它干擾現(xiàn)象，有效地保證了自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。可見，PLC通過PB-B-MODBUS總線橋與Modbus RTU通訊是一種行之有效的方法。由此看來，利用PB-B-MODBUS網(wǎng)橋來解決PROFIBUS主站（SIEMENSE S7300/400，ABB AC800，橫河DCS，AB PLC）與第三方智能控制儀表之間的通訊是一個(gè)值得推廣的方式，在多晶硅的電氣控制系統(tǒng)中，一定會(huì)取得更加成功的應(yīng)用。