基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣改造設(shè)計研究

李萬軍 張硯晨

摘要：Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)具有非常好的兼容性，而且其還具有傳輸信息量大、傳輸速度可變、傳輸穩(wěn)定、傳輸導(dǎo)線介質(zhì)多樣化等優(yōu)勢，是一種應(yīng)用非常廣泛的通訊技術(shù)，尤其在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍。濾棒儲存輸送系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)存在問題，為了讓其更好的用于生產(chǎn)，文章基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)對電氣系統(tǒng)進行改造設(shè)計。首先對Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)進行簡要介紹，然后分析對濾棒儲存輸送系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)進行改造的必要性，最后研究基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣改造設(shè)計，是通過對硬件和軟件分別進行改造設(shè)計，改造后濾棒儲存輸送系統(tǒng)更加的完善。

關(guān)鍵詞：Profibus-DP;現(xiàn)場總線技術(shù);電氣;改造

中圖分類號：TP273 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號：1001-5922（2019）09-0030-05

1Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)概述

現(xiàn)場總線的作用就是實現(xiàn)信息交換，這種信息交換既可以是控制器與控制器之間，也可以是控制器與儀表之間。因其具有非常多的優(yōu)點，比如：應(yīng)用簡單、高效便捷、傳輸信息準(zhǔn)確等，正因為其優(yōu)點較多，所以在實際工作中應(yīng)用較為廣泛。

Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)最為主要的作用就是給“單元級”或“現(xiàn)場級”的SIMATIC工業(yè)自動控制系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用支持，在高頻度大數(shù)據(jù)量的傳輸中應(yīng)用很少。Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)能與很多的產(chǎn)品進行使用，即具有很大的兼容性，正因為這一點所以能夠在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。而且，Profi.bus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)與其他的技術(shù)相比，其傳輸?shù)男畔⒘渴欠浅４蟮?，Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的傳輸導(dǎo)線介質(zhì)類型也比較豐富，有線方式和無線方式都可以使用，當(dāng)采用光纖傳輸時，其傳輸距離可達90km。該技術(shù)還可以控制其傳輸速度，在不同的情況下可以進行調(diào)控。該技術(shù)在傳遞過程中也是比較穩(wěn)定的?？偠灾?，Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)具有非常大多的優(yōu)勢，在工業(yè)控制中能夠發(fā)揮出重要的作用。所以本文將其運用于濾棒儲存輸送系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)中進行改造，用于提高系統(tǒng)各方面的優(yōu)勢。

Profibus-DP現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示，是通過已經(jīng)設(shè)計好的地址順序組成的網(wǎng)絡(luò)，然后形成環(huán)狀邏輯拓撲。

2濾棒儲存輸送系統(tǒng)中的電氣改造原因

濾棒儲存輸送系統(tǒng)作為煙草機械鋪連設(shè)備，在煙草企業(yè)中扮演著重要角色，其生產(chǎn)工藝流程如圖2所示。該系統(tǒng)的作用在于使煙草的加工生產(chǎn)實現(xiàn)自動化，還有就是將濾棒進行干燥和固化，使之符合接下來的工藝要求。

濾棒儲存輸送系統(tǒng)在工作時會存在一些問題，從而降低了其使用效率，具體問題如下：①輸送通道的電機采用的是直流控制系統(tǒng)，該直流方式就會造成企業(yè)的成本過高，也不利于維修保養(yǎng)。②主體部分的電機采用的是三相交流力矩電機，該電機的控制模式比較容易操作，但是其靈活性不好，而且這種模式會造成濾棒的輸送質(zhì)量，不利于煙草企業(yè)的生產(chǎn)。③濾棒儲存輸送系統(tǒng)的機械較大，主控制器PLC距離其他檢測點較遠，這樣就會造成信號傳輸會比較長，就會容易死受到影響，從而影響到系統(tǒng)的工作效率。④濾棒儲存輸送系統(tǒng)沒有人機交互界面，而且對于現(xiàn)代科技要求來說，這樣的控制模式已經(jīng)不符合時代的要求，會造成系統(tǒng)信息集成差，存在很多不方便之處。

由于上面的種種原因，其中最終要的一個問題就是電氣設(shè)備的不完善，所以為了提高電氣設(shè)計，本文基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)對濾棒儲存輸送系統(tǒng)的電氣進行改造。

3基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣改造設(shè)計

3.1總線控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

選用西門子$7-300系列中CPU315-2DP可編程序控制器作為主控制器，選用它的重要原因在于能夠很方便組成Profibus網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行控制，而且該控制器的反應(yīng)速度比較快，功能也比較強大，而且其系統(tǒng)運行也非常的穩(wěn)定。為了使系統(tǒng)控制更加完善，需要選擇與其相適應(yīng)的配備，文章選擇了帶Profibus總線接口的變頻器，還有TP270觸摸屏，因為該接觸屏含MPI/DP等通信接口。電控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

電氣系統(tǒng)通過Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的改造，其通信過程如圖4所示，在系統(tǒng)整個的工作過程中，其中包含著m+m作階段，第一個階段為主站和從站進行初始化，然后建立總線上的令牌環(huán)，再就是初始化主站和從站的通信，最后就是與用戶進行數(shù)據(jù)通信。

3.2總線控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.2.1數(shù)據(jù)通信格式定義

PLC與計數(shù)器和變頻器通信會存在一系列相關(guān)的通信協(xié)議，文章將對PLC與變頻器的協(xié)議進行詳細講述。首先變頻器Profibus協(xié)議提供被稱作“PPO”的通行對象，該PPO就是參數(shù)過程數(shù)據(jù)對象。PPO的作用在于傳輸數(shù)據(jù)信息，上頁圖4中就是PPO的結(jié)構(gòu)及類型。文章選擇PP04作為通信協(xié)議，其中格式的定義、控制字的定義和狀態(tài)字的定義分別如表1、2、3所示。于是監(jiān)控是通過巡回訪問相應(yīng)的I/O地址來完成的。

3.2.2程序設(shè)計

1）PLC控制程序設(shè)計為了使設(shè)計過程比較簡單化，將整個的控制劃分為幾個小的任務(wù)，并且采用結(jié)構(gòu)化的編程方法，通過對每一個小的任務(wù)完成，來完成整個控制程序。該系統(tǒng)中還設(shè)置了可以用于通用的功能塊，使控制系統(tǒng)更加功能化、智能化。為了自動檢測系統(tǒng)是否出現(xiàn)問題，還專門設(shè)計了自我診斷功能。

2）觸摸屏組態(tài)界面設(shè)計為了實現(xiàn)人機對話，設(shè)計了用戶主界面、模式選擇界面、過程參數(shù)設(shè)置界面、過程數(shù)據(jù)顯示界面、系統(tǒng)設(shè)置界面、報警信息界面，每一個界面下面都有可供選擇進入不同的界面。

3）Profibus-DP子站診斷程序設(shè)計該系統(tǒng)的特點在于總線集成設(shè)備最主要的兩個部分是分布式I/O模塊和變頻器，然后總線的規(guī)模又比較小，總共也就只有十五個站點。診斷程序設(shè)計采用從站診斷方式，該診斷設(shè)計的依據(jù)就是從OB86診斷中斷組織中獲取有用診斷信息。

3.3系統(tǒng)改進功能設(shè)計

通過Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)改造濾棒儲存輸送系統(tǒng)的電氣，其主要的改造設(shè)計如下：通道處和主體部分的電機通過Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)進行改造，使其變?yōu)樽冾l調(diào)速控制。系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制是通過分布式I/O模塊決定。系統(tǒng)的集成化更加龐大，可以獲得非常多的信息。人機界面的設(shè)計，可以讓用戶體驗到更加先進、方便、有效的設(shè)計，能讓用于更加明白如何操作，可以提高整個工作的穩(wěn)定性。

通過使用Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)，電氣改造后的系統(tǒng)更加的簡便，讓電氣設(shè)計更加的簡單，而且還能夠使設(shè)計成本降低，繼而為企業(yè)節(jié)約了相應(yīng)的成本費用。通過對電氣的改造，還增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。圖5所示的就是改造后的系統(tǒng)。

4結(jié)語

綜上所述，基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣改造，提高了濾棒儲存輸送系統(tǒng)工作效率，還對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高，增大了信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還節(jié)約了電氣成本，使系統(tǒng)更加的簡單化，易于操作化，總的來說，基于Profibus-DP現(xiàn)場總線技術(shù)的電氣改造，使濾棒儲存輸送系統(tǒng)更加的完善、功能更加的強大。對其改造時是通過對硬件和軟件同時都改造，從而獲得更大的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的濾棒儲存輸送系統(tǒng)相比，改造后的系統(tǒng)有著非常明顯的提高。