PROFIBUS总线桥在多晶硅生产线的应用

摘要

　　PROFIBUS是一种具有广泛应用范围的、开放的数字通信系统，特别适用于工厂自动化和过程自动化领域。PROFIBUS适合于快速、时间要求严格的应用和复杂的通信任务。国内某着名的多晶硅生产线的主控网络采用PROFIBUS现场总线。多晶硅是电子信息产业和太阳能光伏发电行业的最重要功能性原料，它对发展我国电子信息产业和太阳能产业极为重要。

　　设计者在设计某多晶硅还原炉10KV电控系统时，需要将施耐德公司生产的继电保护装置的参数读取到Siemens公司的S7-400 PLC和横河DCS中，并集成到SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)监控系统中，参与实际的连锁控制。继电保护装置提供RS-485通讯接口，其通讯协议为Modbus RTU(Remote Terminal Unit)协议。为了实现Modbus RTU协议到PROFIBUS协议的转换，该设计利用北京鼎实公司生产的Profibus-Modbus网桥(PB-B-MODBUS)实现 PROFIBUS主站与Modbus设备通讯，然后通过PLC中的工业以太网模块、现场总线模块连接到企业SCADA系统中，使二者得到完美的结合。

　　一、系统概述

　　多晶硅还原炉电气系统的主要设备是大功率调压器。调压器所带负载是多晶硅棒串联而成的纯电阻负载。调压器的作用实际上是对负载电阻进行电加热，并且保持硅棒表面温度恒定（一般1080℃）。硅棒串联而成的电阻是一个变化的电阻：第一，硅棒温度从常温上升到1000℃，Φ8 直径硅芯电阻从几百kΩ下降到几十Ω；第二，保持硅棒表面温度1080℃，硅棒直径从Φ8增加到Φ150，硅棒电阻从几十Ω下降到几十mΩ。可见硅棒电阻大范围变动引起调压器输出电压和电流的调节范围大是这种调压器的设计特点。按照实际工作的性质，调压器分为硅棒温度从常温加热到1000℃的预热调压器和硅棒直径从Φ8增加到最终直径并且始终保持硅棒表面温度1080℃的还原调压器。

　　多晶硅还原炉电气系统主要功能是：

　　1． 对管辖的所有还原炉电气设备（调压器、变压器、开关柜）进行数字通信。

　　2． 对管辖的所有还原炉电气设备的电气数据进行画面显示和曲线记录，并且对所有还原炉电气设备的故障进行画面提示和记录。

　　PB-B-MODBUS总线桥主要应用在还原炉开关柜与PROFIBUS主控系统的通讯。该系统采用双冗余PROFIBUS和光纤通信，可靠性高、抗干扰能力强。

图1 还原炉电气控制原理

　　二、系统网络结构

　　在该多晶硅（控制10KV多晶硅还原炉）生产线分为两期进行建设，两期生产线都采用PROFIBUS DP作为主控网络。第一期采用西门子S7 400H冗余PLC，配置软件使用STEP 7。

图2 基于西门子S7 400的控制系统

　　第二期工程主控系统采用横河DCS，配置软件为SYCON。