Das Walzwerk der Guangdong Shaoguan Iron & Steel Group Co., Ltd. (im Folgenden „Shaogang“) hat seine elektrische Walzlinie modernisiert. Im ursprünglichen System nutzte der Gleichstromantrieb eine analoge Steuerung, die auf einer SIEMENS S5-SPS basierte. Der Datenaustausch zwischen Steuerung und Antrieb erfolgte über Punkt-zu-Punkt-E/A. Nach der Modernisierung kommt im Antrieb ein volldigitaler SIEMENS 6RA70-Drehzahlregler zum Einsatz, die Steuerung eine GEFanuc90-SPS. Der Datenaustausch wird nun über ein PROFIBUS-DP-Kommunikationsnetzwerk realisiert. PROFIBUS bietet verschiedene Serien für unterschiedliche Steuerungsanforderungen. PROFIBUS-DP ermöglicht Hochgeschwindigkeitsübertragung und eignet sich für die Datenübertragung zwischen verteilten externen Geräten und automatisierten Steuerungseinrichtungen. Es wird zur Anbindung von PROFIBUS-PA und zur Prozessautomatisierung verwendet. Es nutzt den RS485-Kommunikationsstandard mit Übertragungsraten von 9,6 kbit/s bis 12 Mbit/s und Übertragungsdistanzen von 100 bis 1200 m (abhängig von der Übertragungsrate). Als Übertragungsmedium dient typischerweise ein geschirmtes Twisted-Pair-Kabel. Der Busanschluss verwendet einen 9-poligen D-Sub-Stecker für eine einfache und bequeme Erweiterung. Das Datenverbindungsprotokoll basiert auf Master-Slave-Token-Passing, wobei die Kommunikation zwischen Master- und Slave-Stationen im Master-Slave-Verfahren erfolgt. Das Recht zum Senden von Busdaten zwischen Master-Stationen wird durch das Token-Protokoll festgelegt. Es zeichnet sich durch schnelle Reaktionszeiten und hohe Störfestigkeit aus. Anlagenprozess und Steuerungsmerkmale der Stabstahlproduktionslinie: 1. Einführung in den Hauptwalzprozess: Die Stabstahlproduktionslinie des Stahlwerks Shaogang ist für eine jährliche Produktionskapazität von 1 Million Tonnen ausgelegt. Sie ermöglicht Doppel- und Dreifachwalzen. Die Produktspezifikationen umfassen Rundstäbe und Bewehrungsstahl im Bereich von Φ12 bis 40 mm. Die Hauptprozessausrüstung umfasst: Hauptwalzwerk (18 Gerüste), fliegende Schere (3 Einheiten), Kaltschere, Kühlbett, Kühlbett-Rollenförderer usw. Der Prozessablauf ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Prozessablauf der Hauptwalzlinie. 2. Technische Merkmale. Im ursprünglichen elektrischen Steuerungssystem der Stabstahlproduktionslinie des Stahlwerks Shaogang wurde für den Gleichstromantrieb ein analoges Größenregelungssystem verwendet, und die Steuerung erfolgte über eine SIEMENS S5-SPS. Der Informationsaustausch zwischen Steuerung und Antrieb erfolgte über Punkt-zu-Punkt-E/A. Aufgrund dieser Einschränkungen fehlten dem System umfassende Überwachungs- und Diagnosefunktionen, was die Systemwartung erschwerte, die Fehlersuche beschleunigte und die Produktionsauslastung verringerte. Nach der Modernisierung wurden die Antriebe der Walzwerke 1 bis 18 mit volldigitalen SI-EMENS 6RA70 Gleichstrom-Drehzahlreglern und die Andruckwalzenantriebe mit volldigitalen SIEMENS MM440 Wechselstrom-Frequenzumrichtern ausgestattet. Diese Systeme kommunizieren über PROFIBUS mit der GEF Fanuc 90-70 SPS und nutzen einen digitalen Drehzahleingang im Netzwerk sowie eine Drehzahlrückmeldung per Impulsgeber, um ein volldigitales Antriebssystem zu bilden. Dieses System zeichnet sich durch folgende Merkmale aus: 1) Die AC- und DC-Antriebsgeräte sind über eine CBP-Kommunikationskarte mit dem PROFIBUS-DP-Feldbus vernetzt. Dies reduziert den Kabelverbrauch erheblich, senkt die Baukosten und bietet mehr Flexibilität und Skalierbarkeit. 2) Aufgrund der hohen Präzisionsanforderungen an das Walzgut werden an jedem Antriebspunkt Drehgeber zur Drehzahlmessung eingesetzt, um die Genauigkeit der Drehzahlregelung zu verbessern. 3) Alle Übertragungspunkte sind über die zentrale Steuereinheit (SPS) mit dem PROFIBUS-Feldbus verbunden. Über den DP-Hochgeschwindigkeitsbus reagiert das System schnell auf Bedienerbefehle und kommuniziert mit hoher Geschwindigkeit mit den Übertragungseinrichtungen. Dadurch kann die SPS die notwendigen Anpassungen basierend auf der tatsächlichen Größe des übertragenen Motorstroms und der Spannung vornehmen. 4) Um die Gesamtstabilität und Zuverlässigkeit des Übertragungssystems zu gewährleisten, sind die fliegenden Scheren Nr. 1 bis 3 nicht an das PROFIBUS-DP-Feldbusnetzwerk der Hauptwalzlinie angeschlossen. Zusammensetzung und Konfiguration des Steuerungssystems 1. Hardwarekonfiguration der Feldgeräte Die Systemsteuerung ist in drei Teile gegliedert (siehe Abbildung 2): 1) Steuerungskern. Eine GE Faunc90-70 SPS (CPU935 mit Gleitkommaarithmetik) bildet die Masterstation des PROFIBUS-DP-Netzwerks und übernimmt die Systemsteuerung. 2) Übertragungssystem. Die Walzenrahmen 1 bis 18 und die fliegenden Scheren 1 bis 3 verwenden volldigitale SIEMENS 6RA70 DC-Drehzahlregler, die Andruckwalzen volldigitale SIEMENS MM440 AC-Frequenzumrichter. Diese bilden die Slave-Stationen des PROFIBUS-DP-Netzwerks und steuern den Stahlwalzprozess der Hauptwalzlinie. 3) Überwachungsstation. Der Industrie-PC Advantech IPC-610P/PCA-6186LV nutzt die GE Faunc HMI-CIMIPLICITY Softwareplattform und bietet vielfältige Funktionen wie Anlagenüberwachung, Parametereinstellung, Walzgutverfolgung, Fehlerdiagnose, Walzsimulation und Trendanalyse. 2. Softwarekonfiguration der Feldgeräte. Aufbauend auf der oben beschriebenen Hardwarestruktur ist die gesamte Produktionssteuerungssoftware in zwei Teile gegliedert: Industrie-PC-Software und SPS-Software. Auf dem Industrie-PC ist das Betriebssystem Windows 2000 vorinstalliert und die Software GE Faunc HMI-CIMIPLICITY ausgeführt. Die Verbindung zwischen Industrie-PC und SPS wird über die Konfiguration hergestellt. PROHBUS-DP Feldbuskommunikation: PROHBUS-DP ist ein Token-Passing-Bus. In einer logischen Schleife übernimmt die Master-Station für ein definiertes Zeitfenster die Token-Übertragung. Innerhalb dieses Zeitfensters kann die Master-Station mit anderen Slave-Stationen kommunizieren. PROHBUS-DP nutzt primär eine Master-Slave-Architektur und tauscht periodisch Daten mit Slave-Geräten über eine Gleichrichter-Drehzahlregelung und die im Frequenzumrichter integrierte CBP-Kommunikationskarte aus. Jedes Slave-Gerät verfügt über eine eindeutige Stationsadresse. Die CBP-Kommunikationskarte des Antriebs definiert die Struktur der verfügbaren Daten, die in zwei Bereiche (PZD und PKW) unterteilt sind und Daten mittels ihrer jeweiligen Nachrichten übertragen. Der Prozessdatenbereich (PZD) definiert Steuerwörter und Sollwerte (Aufgabe: vom Master zum Antriebsgerät) oder Statusinformationen und Istwerte (Antwort: vom Antriebsgerät zum Master). Der Parameterbereich (PKW) liest Fehlerinformationen und Kenndaten eines Parameters (z. B. die Nenn- und Maximaldrehzahl der Walzmaschine). Die SPS kann jeden Parameter des Antriebsgeräts über die PKW-Nachricht überwachen und ändern und Steuerwörter und Sollwerte oder Statusinformationen und Istwerte über die PZD-Nachricht übertragen. Um die korrekte Datenübereinstimmung zu gewährleisten, führt die SPS während der Programmierung einen Byte-Swap in den entsprechenden Registern durch, und das Antriebsgerät verarbeitet seine Daten, bevor es sie an das Netzwerk sendet. Daher muss die SPS vor der Verwendung eine Dimensionsreduktion der übertragenen Variablen wie Drehzahl und Spannung durchführen. 1. Einstellung des Netzwerkkommunikationsinhalts des DC-Drehzahlreglers 6RA70 (1) Einstellung der CBP-Kommunikationskarte: Die CBP-Kommunikationskarte ist eine kleine Platine, die an der ADB-Karte des 6RA70 angebracht ist. Der PC benötigt die Datendatei SIEM8045.GSD. (1) Einstellung der Kommunikationsstationsadresse: Die SPS verwendet dieselbe Stationsadresse. (2) Kommunikationseinstellungen zwischen SPS und Antrieb: Wort 1–4 werden als PKW-Parameter verwendet und sind bedeutungslos; Wort 5: Steuerwort P648.02=3001 (K3001); Wort 6: Drehzahleinstellung P644.02=3002 (K3002); Wort 7–8, Wort 10=0 (nicht belegt); Zahnstangen 1–14: Wort 9, Bit 0 = „1“ (Erregungsumkehr). (3) Kommunikationseinstellungen zwischen Antrieb und SPS: Wort 1–4 werden als PKW-Parameter verwendet und sind bedeutungslos; Wort 5: Statuswort 1; Wort 6: Aktueller Fehlercode; Wort 7: Drehzahlrückmeldung; Wort 8: Aktueller Antriebsstrom; Wort 9: Aktuelles Antriebsdrehmoment; Wort 2–10: Digitaler Antriebseingang. 2. Kommunikationseinstellungen des Frequenzumrichternetzwerks MM440: Dieses Gerät übernimmt die Übertragungsaufgabe für die Einzugswalzen auf der Ofenseite (vor dem Vorwalzen) und enthält außerdem eine CBP-Kommunikationskarte. Stationsadresseneinstellung: P918-21 (Übertragung D21). Die PROFIBUS-Netzwerkkonfigurationsdatei des Host-Computers lädt die Datei Siem08b5.gsd mit dem Kommunikationsworttyp: OPKW+4PZD (nur 4 Kommunikationsregister erforderlich).