PROFIBUS—DP總線在氣動物流生產(chǎn)線中的應用

0 引言

氣動系統(tǒng)具有快速、安全、可靠、低成本、無污染等優(yōu)點。近年來，氣動技術(shù)與微電子技術(shù)相結(jié)合，使得氣動產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)新的生機，其發(fā)展呈急劇上升的趨勢。如今氣動系統(tǒng)已廣泛應用于自動化生產(chǎn)線，如汽車生產(chǎn)線、鐘表組裝線、電子部件組裝線及食品包裝等行業(yè)中。

現(xiàn)場總線技術(shù)被譽為自動化領域的計算機局域網(wǎng)，是當今自動化領域技術(shù)發(fā)展的熱點之一?，F(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得建構(gòu)一種全數(shù)字、全分散、全開放的控制系統(tǒng)成為可能，導致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革。現(xiàn)場總線技術(shù)仍處在不斷的發(fā)展中，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了許多種現(xiàn)場總線標準，如PROFIBUS、FF、LonWorks、CAN、HART等。

1 PROFIBUS現(xiàn)場總線的特點

PROFIBUS是作為德國國家標準DINl9245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線，目前已成為中國國家標準GB廠r20540·2006的現(xiàn)場總線。由此可看出PROFIBUS在現(xiàn)場總線中的重要的地位。PROFIBUS根據(jù)應用特點分為PROFIBUS-DP、

PROFIBUS—FMS、PROFIBUS-PA3個兼容版本。支持主-從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)。其中PROFIBUS—DP(”適用于自動控制系統(tǒng)和設備級分散I／O之間的通信設計，在過程自動化領域有著廣泛的運用。

PROFIBUS-DP總線是為高速設備分散控制或自動化控制而設計的，有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，特別適用于系統(tǒng)與外部設備之間的通信，遠程I／O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。

PROFIBUS-DP總線上的設備一般為主站與從站配置，允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。多主站系統(tǒng)一般對主站數(shù)量有一定的限制。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息，PROFmUS—DP還提供智能化現(xiàn)場設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等。

PROFIBUS—DP協(xié)議結(jié)構(gòu)定義了第一層、第二層和用戶接口，對第三層到第七層未加描述。第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈層，用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設備可調(diào)用的應用功能，并詳細說明了各種不同DP設備的行為。

2 物流生產(chǎn)線的構(gòu)成

氣動物流生產(chǎn)線由監(jiān)控計算機、PROFIBUS總線適配卡、PLC(S7—300)、PROFIBUS—DP總線網(wǎng)絡及執(zhí)行機構(gòu)組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布在現(xiàn)場的PLC節(jié)點分別連接生產(chǎn)線的送料、檢測、加工、提取和分揀單元，并通過PROFIBUS—DP通信接口與總線相連；監(jiān)控計算機運行PLC編程軟件SE聊和組態(tài)軟件WINCC并通過總線適配卡和連接在PROFIBUS—DP總線網(wǎng)絡上的各個單元的PLC之間進行實時通信，從而實現(xiàn)整個氣動物流生產(chǎn)線的分散控制和集中監(jiān)管。

圖1氣動物流生產(chǎn)線的總體結(jié)構(gòu)

監(jiān)控計算機選用的是普通計算機(PC)；總線適配卡選用的是CP56t3，用來完成現(xiàn)場總線與監(jiān)控計算機之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。各個控制節(jié)點之間通過專用屏蔽電纜互聯(lián)構(gòu)成PROFIBUS總線網(wǎng)絡，總線兩端連接PROFIBUS總線終端器，用來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、增強系統(tǒng)的抗干擾能力。

氣動物流生產(chǎn)線中的氣動控制元件選用CP型閥島。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，大大減少了氣路布線的工作量，提高了操作的準確性和系統(tǒng)的可靠性。由CP閥構(gòu)成的送料單元的氣動控制回路如圖2所示。可編程控制器(PLC)實現(xiàn)各單元的運行控制，計算機通過編程軟件可以作為PLC的交互式編程器采用梯形圖等編程語言對PLC進行編程和聯(lián)機調(diào)試。本系統(tǒng)中采用S7—300 CPU315—2DP可編程序控制器作為每個工作單元的控制系統(tǒng)。各個單元的PLC通過PROFIBUS．DP總線構(gòu)成分布式網(wǎng)絡，進行信息傳遞，實現(xiàn)各單元之間的動作協(xié)調(diào)。

圖2送料單元氣動控制回路圖

3 物流生產(chǎn)線的功能

氣動物流生產(chǎn)線的執(zhí)行部分由5個獨立的單元組成，包括：送料單元、檢測單元、加工單元、提取單元和分揀單元。整條生產(chǎn)線基本涵概了加工和檢測一個工件的全部過程，體現(xiàn)了自動化生產(chǎn)線上物流、能量流和信息流的概念。