PROFIBUS總線在磨床上的應(yīng)用

夏超國

摘 要： 本文通過對(duì)PROFIBUS總線在磨床M540改造中的應(yīng)用，講述了PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線在舊設(shè)備改造中，數(shù)控系統(tǒng)中硬件配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置以及調(diào)試安裝中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞： PROFIBUS-DP；現(xiàn)場總線；硬件配置；網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置

中圖分類號(hào)： TP273+.5 [HT5H]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 10084738（2014）01010003

1 引言

PROFlBUS現(xiàn)場總線技術(shù)是近年較為成熟的工業(yè)現(xiàn)場總線，數(shù)據(jù)傳輸快，其最高傳輸速率可達(dá)12MB，PROFIBUS現(xiàn)場總線由現(xiàn)場總線信息規(guī)范（PROFIBUS-FMS）、過程自動(dòng)化（PROFIBUS-PA）和分布式I/0（PROFIBUS-DP）三個(gè)兼容部分組成[1]。其中應(yīng)用最廣泛的是PROFIBUS-DP總線，主要用于中央控制單元與分散的I/0之間的信，不僅可以取代24 VDC或4～20 mA信號(hào)的傳送，而且可以滿足現(xiàn)場控制快速響應(yīng)的時(shí)間要求。隨著設(shè)備的不斷更新改造， PROFIBUS-DP總線在企業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛[2]。M540磨床是上世紀(jì)90年代早期從德國引進(jìn)的機(jī)床，使用至今控制系統(tǒng)各部件已逐漸老化，故障率高，性能下降，為了更好地滿足加工要求，應(yīng)用了PROFIBUS-DP總線對(duì)其進(jìn)行全面改造，以減少現(xiàn)場硬件連線。

2 PROFIBUS-DP在M540改造中的應(yīng)用

西德磨床M540在改造過程中，采用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬接線控制方法，減少了電箱同外圍I/O設(shè)備之間的連線，降低了成本，同時(shí)也減少了設(shè)備故障點(diǎn)。下面以基于PROFIBUS-DP總線的磨床數(shù)控系統(tǒng)的硬件配置以及PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的組建方法進(jìn)行介紹。

2.1 磨床系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置

M540數(shù)控系統(tǒng)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，用一根通信電纜代替了大量的I/O電纜，用數(shù)字化的通信代替了4-20 mA/24 VDC信號(hào)的傳送，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的控制和監(jiān)測。

整個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)由11個(gè)站組成，DP主站采用西門子840D數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的S7-300 PLC的，S7-300的CPU315-2DP配備由PROFIBUS-DP通信端口，可組建多達(dá)127個(gè)站點(diǎn)的PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。其余10個(gè)DP從站分別由MARPOSS P7與ET-200L分布式I/O模塊組成，其中ET-200L分布式I/O模塊安裝在電箱及機(jī)床床身部位等與數(shù)字量、模擬量信號(hào)接近的地方，以減少機(jī)床的連線。

2.2 S7軟件組建ET-200L分布式I/O

在S7-300中，不需要為現(xiàn)場總線編寫通信程序，只需通過S7的STEP7軟件對(duì)DP主站和所有DP從站進(jìn)行硬件組態(tài)，并統(tǒng)一分配地址即可。對(duì)ET-200L的設(shè)置步驟如下：

（1）對(duì)DP主站進(jìn)行硬件組態(tài)

打開STEP7軟件SIMATIC manger ，雙擊“Hardware”選項(xiàng)，進(jìn)入硬件界面，從硬件目錄中選取所需的CPU、電源模塊、I/O模塊等并將其拖入相應(yīng)的槽位。（注意軟件組態(tài)選取的CPU與實(shí)際CPU相一致，且具備DP接口）

（2）對(duì)DP主站系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)

對(duì)DP主站進(jìn)行硬件組態(tài)后，再組態(tài)DP主站系統(tǒng)。首先組建PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置PROFIBUS的主站地址，將其設(shè)置為“2”，同時(shí)將組態(tài)網(wǎng)絡(luò)屬性進(jìn)行主站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，傳輸速率設(shè)為“1.5 Mbit/s”， 文件配置為“DP”[3]。

然后從硬件目錄中選所需的從站模塊ET-200L，用鼠標(biāo)托放到DP主站系統(tǒng)。（此時(shí)應(yīng)注意所需的模塊的訂貨號(hào)及版本與實(shí)際硬件一致，否則在運(yùn)行時(shí)將出現(xiàn)故障）

（3）設(shè)置各站點(diǎn)在PROFIBUS-DP中的地址

DP主站與子站的地址可以自由設(shè)定，只要地址不重復(fù)，不超出規(guī)定范圍即可。我們將ET-200L模塊的地址依次重新設(shè)定，避免地址重復(fù)設(shè)置。

由于在硬件組態(tài)過程中已經(jīng)解決了網(wǎng)絡(luò)的通信問題，所以在對(duì)PLC編程過程中無需對(duì)通信再進(jìn)行編程，對(duì)子站信號(hào)的處理就像同一臺(tái)PLC中對(duì)所有I/O編程一樣，直接調(diào)用其地址就可以。由此可見PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)具有“硬件分散，軟件集中”的特點(diǎn)。

2.3 MARPOSS P7與PROFIBUS-DP建立通信

MARPOSS P7量儀作為一種集軸向測量、直徑跟蹤測量、噪聲監(jiān)控、防碰撞、砂輪動(dòng)平衡等技術(shù)于一體的控制系統(tǒng)，越來越多地應(yīng)用于磨床的控制系統(tǒng)中。由于P7量儀具備PROFIBUS-DP接口，因此對(duì)于它們的控制可以采用PROFIBUS-DP進(jìn)行連接通信，并能減少硬件接線、增加診斷功能。

（1）硬件組態(tài)

由于MARPOSS P7量儀為非西門子產(chǎn)品，我們?cè)谶M(jìn)行組態(tài)時(shí)不能在硬件目錄中找到MARPOSS模塊，因此就需要安裝該模塊所對(duì)應(yīng)的“GSD”或“GSE”文件，將此“GSD”或“GSE”文件加入到主站組態(tài)軟件STEP7中就可以組態(tài)該從站的通信接口。該文件包含了該從站模塊的所有信息。（對(duì)應(yīng)的“GSD”或“GSE”文件由MARPOSS公司提供）

在硬件組態(tài)畫面中安裝“GSD”文件時(shí)，應(yīng)退出所有應(yīng)用程序，點(diǎn)擊菜單中“選項(xiàng)”，然后找到廠家提供的“GSD ”（或“GSE”）文件，單擊“安裝”，完成安裝后，可在硬件目錄中找到該設(shè)備，將其拖放至DP主站系統(tǒng)上，完成硬件組態(tài)。

（2）參數(shù)設(shè)置

設(shè)置MARPOSS網(wǎng)絡(luò)參數(shù)時(shí)，需要由MARPOSS廠家提供通信數(shù)據(jù)的內(nèi)容的定義。在本次改造中P7參數(shù)的設(shè)定為：地址70-83設(shè)定為14BYTE的輸入輸出，地址272-277設(shè)定為6BYTE 指令/響應(yīng)通道，地址278-289為12BYTE 輸入/一致性數(shù)據(jù)。endprint

（3）MARPOSS P7通信

雖然MARPOSS在組態(tài)完成后即完成了同主站系統(tǒng)的通信，無需編寫通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信時(shí)可能會(huì)遇到“數(shù)據(jù)的一致性”及“連續(xù)性”問題，如在通信的過程中以字或字節(jié)的形式進(jìn)行通信，且通信數(shù)據(jù)大于3字節(jié)或4字節(jié)以上，往往要求通信的所有數(shù)據(jù)在一個(gè)循環(huán)處理周期內(nèi)確保發(fā)送或接收完成，從而保證數(shù)據(jù)的一致性及連續(xù)性，此時(shí)需要調(diào)用SFC15對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和調(diào)用SFC14對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包[3]。

根據(jù)MARPOSS提供數(shù)據(jù)的要求，為了確保MARPOSS P7控制數(shù)據(jù)在磨削過程中的完整及及時(shí)處理，對(duì)指令/響應(yīng)通道及輸入/一致性數(shù)據(jù)需進(jìn)行調(diào)用SFC14及SFC15進(jìn)行打包處理。下面為改造中對(duì)P7的控制數(shù)據(jù)的處理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解開主站存放在地址272-277工6字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

給放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的數(shù)據(jù)包打開，通過QB272-QB277發(fā)送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解開主站存放在地址278-289中共12字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通過以上三條語句調(diào)用，在PLC程序中應(yīng)用DB101.DBB0-DBB23地址數(shù)據(jù)，再配合P7輸入輸出地址70-83進(jìn)行PLC編程，就能及時(shí)準(zhǔn)確對(duì)P7的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制及監(jiān)控，完成P7所要求的功能。

2.4 安裝調(diào)試中需注意的事項(xiàng)

（1）profibus連接器終端電阻設(shè)定

每個(gè)PROFIBUS-DP站點(diǎn)的連接器上均設(shè)一個(gè)終端電阻選擇開關(guān)，當(dāng)該站點(diǎn)處于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或終點(diǎn)時(shí)，連接器上的選擇開關(guān)必須置于“ON”位置，其余中間站點(diǎn)選擇開關(guān)置于“OFF”位置?？偩€系統(tǒng)的終止使節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要連接或斷開連接，而不會(huì)引起故障。

（2）傳輸速率的合理選擇

雖然PROFIBUS-DP的傳輸速率最高可達(dá)12 Mbit/s，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于傳輸距離、外界干擾等因素存在，應(yīng)適當(dāng)降低傳輸速率以保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在M540的設(shè)定中將網(wǎng)絡(luò)傳輸速率設(shè)定為1.5 Mbit/s，從應(yīng)用效果來看，能夠很好的滿足數(shù)據(jù)交換的要求，且穩(wěn)定性較好。

（3）網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)定

盡管DP網(wǎng)絡(luò)子站的地址可以隨意設(shè)定，但在實(shí)際的改造設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能將地址設(shè)計(jì)與機(jī)床原地址相一致，且設(shè)定的地址不能重復(fù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的下載

把由STEP7創(chuàng)建的組態(tài)從PG下載到CPU315-2DP中時(shí)，模式開關(guān)必須在“STOP”位置，下載完成后切換到”RUN”模式時(shí)，將進(jìn)行實(shí)際組態(tài)同設(shè)定點(diǎn)的組態(tài)相比較，只有相一致，CPU才能進(jìn)入運(yùn)行模式。如不能運(yùn)行，則應(yīng)進(jìn)行硬件組態(tài)及地址設(shè)定進(jìn)行檢查或調(diào)用診斷程序，找出故障點(diǎn)。

3 結(jié)論

此次PROFIBUS-DP總線技術(shù)成功應(yīng)用于M540數(shù)控系統(tǒng)改造中，使設(shè)備正常運(yùn)行的電纜數(shù)量大為減少，設(shè)備的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了運(yùn)行成本。為以后舊設(shè)備的改造提供了一種新型控制方法，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉朝華.西門子數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試與維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010：10.

[2] 崔 堅(jiān) ，李 佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：3.

[3] PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊[Z].西門子有限公司說明書，2009：9.endprint

（3）MARPOSS P7通信

雖然MARPOSS在組態(tài)完成后即完成了同主站系統(tǒng)的通信，無需編寫通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信時(shí)可能會(huì)遇到“數(shù)據(jù)的一致性”及“連續(xù)性”問題，如在通信的過程中以字或字節(jié)的形式進(jìn)行通信，且通信數(shù)據(jù)大于3字節(jié)或4字節(jié)以上，往往要求通信的所有數(shù)據(jù)在一個(gè)循環(huán)處理周期內(nèi)確保發(fā)送或接收完成，從而保證數(shù)據(jù)的一致性及連續(xù)性，此時(shí)需要調(diào)用SFC15對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和調(diào)用SFC14對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包[3]。

根據(jù)MARPOSS提供數(shù)據(jù)的要求，為了確保MARPOSS P7控制數(shù)據(jù)在磨削過程中的完整及及時(shí)處理，對(duì)指令/響應(yīng)通道及輸入/一致性數(shù)據(jù)需進(jìn)行調(diào)用SFC14及SFC15進(jìn)行打包處理。下面為改造中對(duì)P7的控制數(shù)據(jù)的處理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解開主站存放在地址272-277工6字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

給放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的數(shù)據(jù)包打開，通過QB272-QB277發(fā)送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解開主站存放在地址278-289中共12字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通過以上三條語句調(diào)用，在PLC程序中應(yīng)用DB101.DBB0-DBB23地址數(shù)據(jù)，再配合P7輸入輸出地址70-83進(jìn)行PLC編程，就能及時(shí)準(zhǔn)確對(duì)P7的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制及監(jiān)控，完成P7所要求的功能。

2.4 安裝調(diào)試中需注意的事項(xiàng)

（1）profibus連接器終端電阻設(shè)定

每個(gè)PROFIBUS-DP站點(diǎn)的連接器上均設(shè)一個(gè)終端電阻選擇開關(guān)，當(dāng)該站點(diǎn)處于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或終點(diǎn)時(shí)，連接器上的選擇開關(guān)必須置于“ON”位置，其余中間站點(diǎn)選擇開關(guān)置于“OFF”位置?？偩€系統(tǒng)的終止使節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要連接或斷開連接，而不會(huì)引起故障。

（2）傳輸速率的合理選擇

雖然PROFIBUS-DP的傳輸速率最高可達(dá)12 Mbit/s，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于傳輸距離、外界干擾等因素存在，應(yīng)適當(dāng)降低傳輸速率以保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在M540的設(shè)定中將網(wǎng)絡(luò)傳輸速率設(shè)定為1.5 Mbit/s，從應(yīng)用效果來看，能夠很好的滿足數(shù)據(jù)交換的要求，且穩(wěn)定性較好。

（3）網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)定

盡管DP網(wǎng)絡(luò)子站的地址可以隨意設(shè)定，但在實(shí)際的改造設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能將地址設(shè)計(jì)與機(jī)床原地址相一致，且設(shè)定的地址不能重復(fù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的下載

把由STEP7創(chuàng)建的組態(tài)從PG下載到CPU315-2DP中時(shí)，模式開關(guān)必須在“STOP”位置，下載完成后切換到”RUN”模式時(shí)，將進(jìn)行實(shí)際組態(tài)同設(shè)定點(diǎn)的組態(tài)相比較，只有相一致，CPU才能進(jìn)入運(yùn)行模式。如不能運(yùn)行，則應(yīng)進(jìn)行硬件組態(tài)及地址設(shè)定進(jìn)行檢查或調(diào)用診斷程序，找出故障點(diǎn)。

3 結(jié)論

此次PROFIBUS-DP總線技術(shù)成功應(yīng)用于M540數(shù)控系統(tǒng)改造中，使設(shè)備正常運(yùn)行的電纜數(shù)量大為減少，設(shè)備的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了運(yùn)行成本。為以后舊設(shè)備的改造提供了一種新型控制方法，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉朝華.西門子數(shù)控系統(tǒng)調(diào)試與維修[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010：10.

[2] 崔 堅(jiān) ，李 佳.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：3.

[3] PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊[Z].西門子有限公司說明書，2009：9.endprint

（3）MARPOSS P7通信

雖然MARPOSS在組態(tài)完成后即完成了同主站系統(tǒng)的通信，無需編寫通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信時(shí)可能會(huì)遇到“數(shù)據(jù)的一致性”及“連續(xù)性”問題，如在通信的過程中以字或字節(jié)的形式進(jìn)行通信，且通信數(shù)據(jù)大于3字節(jié)或4字節(jié)以上，往往要求通信的所有數(shù)據(jù)在一個(gè)循環(huán)處理周期內(nèi)確保發(fā)送或接收完成，從而保證數(shù)據(jù)的一致性及連續(xù)性，此時(shí)需要調(diào)用SFC15對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包和調(diào)用SFC14對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解包[3]。

根據(jù)MARPOSS提供數(shù)據(jù)的要求，為了確保MARPOSS P7控制數(shù)據(jù)在磨削過程中的完整及及時(shí)處理，對(duì)指令/響應(yīng)通道及輸入/一致性數(shù)據(jù)需進(jìn)行調(diào)用SFC14及SFC15進(jìn)行打包處理。下面為改造中對(duì)P7的控制數(shù)據(jù)的處理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解開主站存放在地址272-277工6字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

給放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的數(shù)據(jù)包打開，通過QB272-QB277發(fā)送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解開主站存放在地址278-289中共12字節(jié)數(shù)據(jù)打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通過以上三條語句調(diào)用，在PLC程序中應(yīng)用DB101.DBB0-DBB23地址數(shù)據(jù)，再配合P7輸入輸出地址70-83進(jìn)行PLC編程，就能及時(shí)準(zhǔn)確對(duì)P7的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制及監(jiān)控，完成P7所要求的功能。

2.4 安裝調(diào)試中需注意的事項(xiàng)

（1）profibus連接器終端電阻設(shè)定

每個(gè)PROFIBUS-DP站點(diǎn)的連接器上均設(shè)一個(gè)終端電阻選擇開關(guān)，當(dāng)該站點(diǎn)處于PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)的起點(diǎn)或終點(diǎn)時(shí)，連接器上的選擇開關(guān)必須置于“ON”位置，其余中間站點(diǎn)選擇開關(guān)置于“OFF”位置?？偩€系統(tǒng)的終止使節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要連接或斷開連接，而不會(huì)引起故障。

（2）傳輸速率的合理選擇

雖然PROFIBUS-DP的傳輸速率最高可達(dá)12 Mbit/s，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于傳輸距離、外界干擾等因素存在，應(yīng)適當(dāng)降低傳輸速率以保障網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在M540的設(shè)定中將網(wǎng)絡(luò)傳輸速率設(shè)定為1.5 Mbit/s，從應(yīng)用效果來看，能夠很好的滿足數(shù)據(jù)交換的要求，且穩(wěn)定性較好。

（3）網(wǎng)絡(luò)地址的設(shè)定

盡管DP網(wǎng)絡(luò)子站的地址可以隨意設(shè)定，但在實(shí)際的改造設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能將地址設(shè)計(jì)與機(jī)床原地址相一致，且設(shè)定的地址不能重復(fù)。

（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的下載

把由STEP7創(chuàng)建的組態(tài)從PG下載到CPU315-2DP中時(shí)，模式開關(guān)必須在“STOP”位置，下載完成后切換到”RUN”模式時(shí)，將進(jìn)行實(shí)際組態(tài)同設(shè)定點(diǎn)的組態(tài)相比較，只有相一致，CPU才能進(jìn)入運(yùn)行模式。如不能運(yùn)行，則應(yīng)進(jìn)行硬件組態(tài)及地址設(shè)定進(jìn)行檢查或調(diào)用診斷程序，找出故障點(diǎn)。

3 結(jié)論

此次PROFIBUS-DP總線技術(shù)成功應(yīng)用于M540數(shù)控系統(tǒng)改造中，使設(shè)備正常運(yùn)行的電纜數(shù)量大為減少，設(shè)備的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了運(yùn)行成本。為以后舊設(shè)備的改造提供了一種新型控制方法，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。

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