论文部分内容阅读
摘 要：以缸盖DX155自动控制系统改造为背景，给出基于PROFIBUS总线技术的缸盖自动控制系统的系统组成、硬件组态。PROFIBUS总线以其具有可靠性高、开放性好、扩展性好和速度快等特点在各个工业领域得到广泛的应用。
关键词：PROFIBUS 现场总线 硬件组态
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-082-02
1 引言
某厂缸盖DX155自动线自投产到现在已运行近20年，电柜、电气元件、线缆都已经绝对老化，PLC控制系统CPU虽然是性能比较稳定的西门子的S7-300，但因为模块集中安装于4.2米高平台电柜内，I/O模块与现场元件是点对点的通讯，通讯点数600多点。由于通讯线长且接点多，因而故障点多，稳定性不强。20年前的S7-300 I/O模块防护等级IP20比较低，易进油污。I/O模块安装用挂钩易断列，模块不能固定，使各点的信号接触不良，造成机床机械及刀具撞坏。工人维护时经常要到高台上去查找故障点，极为不方便。针对系统出现的问题，同时也为了提高自动控制系统的稳定性，采用了国际上通用的PROFIBUS总线通讯取代点对点的通讯，现场I/O模块采用TURCD公司IP67等级的分布式I/O模块，这一技术的应用使得该生产线的自动系统更加稳定可靠，也解决了工人不时要到高台上去维护的不便。
2 PROFIBUS总线概述
PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
它由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（分布式I/O）、PROFIBUS-PA（过程自动化 ）、PROFIBUS-FMS （现场总线信息规范）。其中PROFIBUS-DP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯，总线周期一般小于10ms，使用协议第1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。本次改造中使用的就是PROFIBUS-DP现场总线。
PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个典型的PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：
（1）一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。
（2）二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。
（3）DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。
3 改造后缸盖DX155自动控制系统的结构
3.1 自动控制系统组成
缸盖DX155自动线分四个加工位（含夹具体及滑台）：C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面；输送部分：上料滚道、上料挡隔料、上料翻转、输送带、出料翻转、出料滚道；液压站一套；集中润滑系统四套；排屑装置一套。改造后的控制系统设十六个分站，包括总操作台一个，电柜中一个、操作站十个（C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面、液压站、上料）、夹具体上四个。CPU采用西门子S7-300系列CPU-3152DP，采用PROFIBUS总线通讯，现场I/O模块采用TURCK公司IP67等级的分布式I/O模块，并留 20%I/O点备用。现场I/O模块分布在十个操作站中。采用STEP7软件进行组态，其网络结构如图1所示。
网络组态后，每个远程I/O模块都设置了站地址，模块上的拨码开关设置的站地址应与STEP 7组态的站地址相同。
3.2 硬件组态及其配置
主站采用西门子S7-300系列6ES7315-2DP，采用PROFIBUS-DP通讯，TURCK公司IP67等级的分布式I/O模块及其他现场设备作为从站，硬件组态如图2所示。
3.3 系统程序结构
该系统由STEP 7软件编程，包含了OB1、OB82、OB86、OB121、OB122组织块以及一些功能块，主程序OB1下面有C1工位、C2工位、C3工位、C4工位四个工位的功能块子程序FC12、FC13、FC14、FC15，及全自动线状态的功能块FC11。OB1的程序如图3。
4 结束语
在这次缸盖DX155自动控制系统改造中，将PROFIBUS现场总线引入到其中，采用分布式I/O，系统安装简单、快捷，组态、调试更加容易，避免了改造前点对点通信系统通信线长且节点多，因而故障点多的特点，可靠性大大提高，可获得大量现场设备的在线故障、报警等数据，维护性更好，故障诊断能力增强，也免去了工人维护不时要到高台上去的不便，同时开放性和可扩展性也进一步增强，省去了大量的电缆、I/O模块及铺设费用，大大缩短了工期，具有良好的经济性。该系统已经投入某发动机厂中运行，运行状况良好。应用证明了PROFIBUS现场总线稳定可靠，作为开发式现场总线很适合工业控制现场采用。
参考文献：
[1] 侯维岩，费敏锐.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2] 廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 秦益霖.西门子S7-300PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2007.
关键词：PROFIBUS 现场总线 硬件组态
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）011-082-02
1 引言
某厂缸盖DX155自动线自投产到现在已运行近20年，电柜、电气元件、线缆都已经绝对老化，PLC控制系统CPU虽然是性能比较稳定的西门子的S7-300，但因为模块集中安装于4.2米高平台电柜内，I/O模块与现场元件是点对点的通讯，通讯点数600多点。由于通讯线长且接点多，因而故障点多，稳定性不强。20年前的S7-300 I/O模块防护等级IP20比较低，易进油污。I/O模块安装用挂钩易断列，模块不能固定，使各点的信号接触不良，造成机床机械及刀具撞坏。工人维护时经常要到高台上去查找故障点，极为不方便。针对系统出现的问题，同时也为了提高自动控制系统的稳定性，采用了国际上通用的PROFIBUS总线通讯取代点对点的通讯，现场I/O模块采用TURCD公司IP67等级的分布式I/O模块，这一技术的应用使得该生产线的自动系统更加稳定可靠，也解决了工人不时要到高台上去维护的不便。
2 PROFIBUS总线概述
PROFIBUS是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud～12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。
它由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（分布式I/O）、PROFIBUS-PA（过程自动化 ）、PROFIBUS-FMS （现场总线信息规范）。其中PROFIBUS-DP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯，总线周期一般小于10ms，使用协议第1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。本次改造中使用的就是PROFIBUS-DP现场总线。
PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个典型的PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：
（1）一级DP主站（DPM1）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。
（2）二级DP主站（DPM2）：二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。
（3）DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（I/O设备、驱动器、HMI、阀门等）。
3 改造后缸盖DX155自动控制系统的结构
3.1 自动控制系统组成
缸盖DX155自动线分四个加工位（含夹具体及滑台）：C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面；输送部分：上料滚道、上料挡隔料、上料翻转、输送带、出料翻转、出料滚道；液压站一套；集中润滑系统四套；排屑装置一套。改造后的控制系统设十六个分站，包括总操作台一个，电柜中一个、操作站十个（C1A/C1B面、C2A/C2B面、C3A/C3B面、C4A/C4B面、液压站、上料）、夹具体上四个。CPU采用西门子S7-300系列CPU-3152DP，采用PROFIBUS总线通讯，现场I/O模块采用TURCK公司IP67等级的分布式I/O模块，并留 20%I/O点备用。现场I/O模块分布在十个操作站中。采用STEP7软件进行组态，其网络结构如图1所示。
网络组态后，每个远程I/O模块都设置了站地址，模块上的拨码开关设置的站地址应与STEP 7组态的站地址相同。
3.2 硬件组态及其配置
主站采用西门子S7-300系列6ES7315-2DP，采用PROFIBUS-DP通讯，TURCK公司IP67等级的分布式I/O模块及其他现场设备作为从站，硬件组态如图2所示。
3.3 系统程序结构
该系统由STEP 7软件编程，包含了OB1、OB82、OB86、OB121、OB122组织块以及一些功能块，主程序OB1下面有C1工位、C2工位、C3工位、C4工位四个工位的功能块子程序FC12、FC13、FC14、FC15，及全自动线状态的功能块FC11。OB1的程序如图3。
4 结束语
在这次缸盖DX155自动控制系统改造中，将PROFIBUS现场总线引入到其中，采用分布式I/O，系统安装简单、快捷，组态、调试更加容易，避免了改造前点对点通信系统通信线长且节点多，因而故障点多的特点，可靠性大大提高，可获得大量现场设备的在线故障、报警等数据，维护性更好，故障诊断能力增强，也免去了工人维护不时要到高台上去的不便，同时开放性和可扩展性也进一步增强，省去了大量的电缆、I/O模块及铺设费用，大大缩短了工期，具有良好的经济性。该系统已经投入某发动机厂中运行，运行状况良好。应用证明了PROFIBUS现场总线稳定可靠，作为开发式现场总线很适合工业控制现场采用。
参考文献：
[1] 侯维岩，费敏锐.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].北京：清华大学出版社，2006.
[2] 廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3] 秦益霖.西门子S7-300PLC应用技术[M].北京：电子工业出版社，2007.