PROFIBUS總線(xiàn)在缸蓋DX155自動(dòng)控制系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

摘 要：以缸蓋DX155自動(dòng)控制系統(tǒng)改造為背景，給出基于PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)的缸蓋自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、硬件組態(tài)。PROFIBUS總線(xiàn)以其具有可靠性高、開(kāi)放性好、擴(kuò)展性好和速度快等特點(diǎn)在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn) 硬件組態(tài)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）011-082-02

1 引言

某廠缸蓋DX155自動(dòng)線(xiàn)自投產(chǎn)到現(xiàn)在已運(yùn)行近20年，電柜、電氣元件、線(xiàn)纜都已經(jīng)絕對(duì)老化，PLC控制系統(tǒng)CPU雖然是性能比較穩(wěn)定的西門(mén)子的S7-300，但因?yàn)槟K集中安裝于4.2米高平臺(tái)電柜內(nèi)，I/O模塊與現(xiàn)場(chǎng)元件是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，通訊點(diǎn)數(shù)600多點(diǎn)。由于通訊線(xiàn)長(zhǎng)且接點(diǎn)多，因而故障點(diǎn)多，穩(wěn)定性不強(qiáng)。20年前的S7-300 I/O模塊防護(hù)等級(jí)IP20比較低，易進(jìn)油污。I/O模塊安裝用掛鉤易斷列，模塊不能固定，使各點(diǎn)的信號(hào)接觸不良，造成機(jī)床機(jī)械及刀具撞壞。工人維護(hù)時(shí)經(jīng)常要到高臺(tái)上去查找故障點(diǎn)，極為不方便。針對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題，同時(shí)也為了提高自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，采用了國(guó)際上通用的PROFIBUS總線(xiàn)通訊取代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊采用TURCD公司IP67等級(jí)的分布式I/O模塊，這一技術(shù)的應(yīng)用使得該生產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，也解決了工人不時(shí)要到高臺(tái)上去維護(hù)的不便。

2 PROFIBUS總線(xiàn)概述

PROFIBUS是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS傳送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線(xiàn)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，所有連接到總線(xiàn)上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化。PROFIBUS是一種用于工廠自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層到車(chē)間級(jí)監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實(shí)現(xiàn)工廠綜合自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。

它由三個(gè)兼容部分組成，即PROFIBUS-DP（分布式I/O）、PROFIBUS-PA（過(guò)程自動(dòng)化 ）、PROFIBUS-FMS （現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)信息規(guī)范）。其中PROFIBUS-DP應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，它是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級(jí)控制系統(tǒng)與分散式I/O之間的通訊，總線(xiàn)周期一般小于10ms，使用協(xié)議第1、2層和用戶(hù)接口，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖俸陀行нM(jìn)行。本次改造中使用的就是PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。

PROFIBUS-DP允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。在同一總線(xiàn)上最多可連接126個(gè)站點(diǎn)。系統(tǒng)配置的描述包括：站數(shù)、站地址、輸入/輸出地址、輸入/輸出數(shù)據(jù)格式、診斷信息格式及所使用的總線(xiàn)參數(shù)。每個(gè)典型的PROFIBUS-DP系統(tǒng)可包括以下三種不同類(lèi)型設(shè)備：

（1）一級(jí)DP主站（DPM1）：一級(jí)DP主站是中央控制器，它在預(yù)定的周期內(nèi)與分散的站（如DP從站）交換信息。典型的DPM1如PLC或PC。

（2）二級(jí)DP主站（DPM2）：二級(jí)DP主站是編程器、組態(tài)設(shè)備或操作面板，在DP系統(tǒng)組態(tài)操作時(shí)使用，完成系統(tǒng)操作和監(jiān)視目的。

（3）DP從站：DP從站是進(jìn)行輸入和輸出信息采集和發(fā)送的外圍設(shè)備（I/O設(shè)備、驅(qū)動(dòng)器、HMI、閥門(mén)等）。

3 改造后缸蓋DX155自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)組成

缸蓋DX155自動(dòng)線(xiàn)分四個(gè)加工位（含夾具體及滑臺(tái)）：C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面；輸送部分：上料滾道、上料擋隔料、上料翻轉(zhuǎn)、輸送帶、出料翻轉(zhuǎn)、出料滾道；液壓站一套；集中潤(rùn)滑系統(tǒng)四套；排屑裝置一套。改造后的控制系統(tǒng)設(shè)十六個(gè)分站，包括總操作臺(tái)一個(gè)，電柜中一個(gè)、操作站十個(gè)（C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面、液壓站、上料）、夾具體上四個(gè)。CPU采用西門(mén)子S7-300系列CPU-3152DP，采用PROFIBUS總線(xiàn)通訊，現(xiàn)場(chǎng)I/O模塊采用TURCK公司IP67等級(jí)的分布式I/O模塊，并留 20%I/O點(diǎn)備用?，F(xiàn)場(chǎng)I/O模塊分布在十個(gè)操作站中。采用STEP7軟件進(jìn)行組態(tài)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后，每個(gè)遠(yuǎn)程I/O模塊都設(shè)置了站地址，模塊上的撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置的站地址應(yīng)與STEP 7組態(tài)的站地址相同。

3.2 硬件組態(tài)及其配置

主站采用西門(mén)子S7-300系列6ES7315-2DP，采用PROFIBUS-DP通訊，TURCK公司IP67等級(jí)的分布式I/O模塊及其他現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備作為從站，硬件組態(tài)如圖2所示。

3.3 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由STEP 7軟件編程，包含了OB1、OB82、OB86、OB121、OB122組織塊以及一些功能塊，主程序OB1下面有C1工位、C2工位、C3工位、C4工位四個(gè)工位的功能塊子程序FC12、FC13、FC14、FC15，及全自動(dòng)線(xiàn)狀態(tài)的功能塊FC11。OB1的程序如圖3。

4 結(jié)束語(yǔ)

在這次缸蓋DX155自動(dòng)控制系統(tǒng)改造中，將PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)引入到其中，采用分布式I/O，系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單、快捷，組態(tài)、調(diào)試更加容易，避免了改造前點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)通信線(xiàn)長(zhǎng)且節(jié)點(diǎn)多，因而故障點(diǎn)多的特點(diǎn)，可靠性大大提高，可獲得大量現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的在線(xiàn)故障、報(bào)警等數(shù)據(jù)，維護(hù)性更好，故障診斷能力增強(qiáng)，也免去了工人維護(hù)不時(shí)要到高臺(tái)上去的不便，同時(shí)開(kāi)放性和可擴(kuò)展性也進(jìn)一步增強(qiáng)，省去了大量的電纜、I/O模塊及鋪設(shè)費(fèi)用，大大縮短了工期，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。該系統(tǒng)已經(jīng)投入某發(fā)動(dòng)機(jī)廠中運(yùn)行，運(yùn)行狀況良好。應(yīng)用證明了PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)穩(wěn)定可靠，作為開(kāi)發(fā)式現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)很適合工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)采用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 侯維巖，費(fèi)敏銳.PROFIBUS協(xié)議分析和系統(tǒng)應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

[2] 廖常初.大中型PLC應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3] 秦益霖.西門(mén)子S7-300PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.