基于PROFIBUS的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)

一. 引言

PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種國際化、開放式異步通訊標準，于1996年被批準為國際標準。PROFIBUS已經(jīng)廣泛應用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化等。它由三個部分：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通訊，主要應用于現(xiàn)場設備級傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線（EIA RS485），波特率從9600bps到12Mbps。艾默生公司的TDS-PA01總線適配器是PROFIBUS的兼容產(chǎn)品。TD3000系列變頻器是高性能矢量型變頻器，通過TDS-PA01總線適配器可方便地連接到Profibus總線上①，組成PROFIBUS工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

二. 系統(tǒng)簡介

本生產(chǎn)線產(chǎn)品為寬約3m、厚約0.3~1mm的高級廣告布。生產(chǎn)線主機傳動由14臺電機完成，每臺電機由一臺變頻器驅(qū)動，生產(chǎn)線連續(xù)化作業(yè)。工序之間現(xiàn)場設備上有張力檢測裝置，有安全開關、急停開關。 本系統(tǒng)采用西門子S7-300 CPU315-2DP作為PROFIBUS主站；三臺S7-200 CPU226-2DP作為智能從站，分別控制輔助部分；12臺TD3000、2臺TD3300變頻器作為從站。整個PROFIBUS線纜長度大約100M，波特率選擇為500K即可達到傳輸速度要求?！?/p>

三．主站與人機界面

CPU315-2DP作為主站，它有2個通訊口：PORT0 和PORT1。PORT0作為PROFIBUS總線通訊口，波特率選擇為500Kbps。PORT1作為與人機界面通訊口，它為MPI口，采用RS485通訊，波特率為19.2kbps，我們制作了RS485通訊電纜與人機界面通訊。人機界面為臺達PWS3260觸摸屏。在觸摸屏上進行全線控制、生產(chǎn)線運行顯示、變頻器運行顯示、及參數(shù)的設置。CPU315作為主站，根據(jù)觸摸屏的設定值和通過PROFIBUS從智能從站傳來的張力信號比較，通過運算，轉換成運行頻率發(fā)送給14臺變頻器，控制14臺傳動電機。

由于從站距離較遠，有需要在2、3好從站上需要查看對方的運行數(shù)據(jù)，在程序設計中有幾個參數(shù)通過PROFIBUS由2號從站傳給主站，通過主站再傳送給3號從站。3號從站也通過同樣途徑傳送給2號從站。由于操作需要，在2號從站上需要更改主站上的參數(shù)。在2號從站的界面上設計有按鈕，信號通過PROFIBUS傳送給主站。

主站程序執(zhí)行是循環(huán)掃描執(zhí)行方式，與其它PLC執(zhí)行方式一樣。通過PROFIBUS傳送的信息也是周期傳輸?shù)摹?/p>

四. 智能從站

EM277 PROFIBUS-DP模塊能使S7-200連接到PROFIBUS總線上。它也能使CPU222、CPU224，或CPU226與PROFIBUS主站和最大到6個的MPI主站通訊②。它接受主站的配置信息，在S7-200程序設計中要與主機配置相一致。在與主張信息交換中，EM277 PROFIBUS—DP模塊接收主站、發(fā)送給主站缺省配置為2字入/2字出，它分為字一致、字節(jié)一致和緩沖區(qū)一致。

有三臺S7-200 CPU226-2DP作為智能從站通過EM277掛接在PROFIBUS總線上。2號、3號從站為輔助操作部分，控制生產(chǎn)線上的電磁閥、采集控制信號、采集張力信號并經(jīng)過濾波處理再傳送給主站。2號從站為8字輸入8字輸出。3號從站為4字輸入/4字輸出。1號從站有相對的獨立性，控制加熱部分，僅接收主機運行信號、傳送本系統(tǒng)故障信號，僅1字輸入/1字輸出。

2號從站有2個通訊口，每個口與一臺PWS1711通訊，分布在1、2號操作臺上。在1號操作臺上主要進行放卷的兩個卷軸之間更換。2號操作臺對生產(chǎn)線輔助機械動作的操作、張力大小的調(diào)節(jié)。3號從站也有2個通訊口，分別與3、4號操作臺上的PWS1711通訊。在觸摸屏上完成運行狀況的查看、參數(shù)的修改、輔助機械的操作。

1號從站為烘箱加熱部分，具有相對獨立性。CPU的PORT1口與一臺PWS1711人機界面相連，PORT0編程為自由口通訊模式，與風機變頻器組成RS485總線網(wǎng)。烘箱中導熱油在盤管中流動，經(jīng)循環(huán)風機進行熱交換。風機共5臺，全為變頻控制，根據(jù)工藝要求調(diào)節(jié)運行頻率。5臺TD2000變頻器采用RS485控制方式，波特率為9600kbps。

五. 變頻器從站

TD3000系列變頻器通過TDS-PA01總線適配器連接到PROFIBUS總線上。TDS-PA01是PROFIBUS總線的兼容產(chǎn)品，符合PROFIBUS協(xié)議中的傳動設備行規(guī)—PROFIDRIVE，主站能通過它對變頻器進行運行控制操作、調(diào)節(jié)運行頻率、更改變頻器的功能碼、讀取變頻器的運行狀態(tài)。變頻器也通過TDS-PA01反饋對主站控制信號的應答信號，主站可以根據(jù)變頻器的應答信號判斷控制信號執(zhí)行情況。

在周期性的通訊中，PROFIBUS-DP使用PPO（對象過程類）類型作為數(shù)據(jù)傳遞的格式，由于本系統(tǒng)僅對變頻器的運行頻率設定，不更改功能碼，本例采用的是PPO3，僅控制變頻器的啟動、停止、故障復位、運行頻率設定。在主站組態(tài)時需導入TDS-PA01的GSD文件， GSD文件為TDS-PA01的設備數(shù)據(jù)文件。然后在PROFIBUS總線上連接TDS-PA01，TDS-PA01與主站通訊波特率為500Kbps，TDS-PA01與TD3000的通訊波特率為38.4kbps。

六. 結束語

設備已從今年六月份穩(wěn)定運行。經(jīng)實踐證明，PROFIBUS現(xiàn)場總線在此類系統(tǒng)中運行穩(wěn)定可靠，沒有出現(xiàn)過問題。由于采用了現(xiàn)場總線，減少了許多配線，減少了安裝工作量及維護成本。

應用中也總結出一些經(jīng)驗：

1.在配置智能從站的EM277時輸入/輸出字節(jié)應留有余量；

2.變頻器的控制中剛采用命令字與頻率值分開寫入，方便編程；

3.由于人機界面大多可以以RS485通訊方式工作，在應用中兩臺人機界面可以與一個PLC的通訊口相連，使PLC減少一個通訊也可以應用，減少投資。PWS系列專門設計有MULTIDROP連接模式，方便多機連接而僅用一個PLC通訊口。