Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線在精整生產(chǎn)系統(tǒng)中的應(yīng)用

Profibus－4：該網(wǎng)絡(luò)上所連的站都為智能從站，連接一號(hào)線中主要設(shè)備，4臺(tái)管排鋸、矯直機(jī)、探傷機(jī)。4臺(tái)管排鋸和矯直機(jī)都通過CP342－5通訊模塊與主站連接，探傷機(jī)PLC則將CPU作為從站掛在主站上。這條智能從站網(wǎng)絡(luò)主要完成主站與從站的接口信息交換，如主站發(fā)傳動(dòng)裝置準(zhǔn)備好信號(hào)給從站、從站發(fā)給主站的輥道或斯惠頓啟／停信號(hào)及速度給定。

2.2 主站與從站通訊

Profibus－DP總線采用令牌傳送方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，令牌傳送保證了訪問總線（令牌）的權(quán)利在精確定義的時(shí)間內(nèi)被分配。以下圖3描述主從站之間的通訊。Profibus－1上的從站與Profibus－2和Profibus－3的從站都存在數(shù)據(jù)交換。

如2＃管排鋸要低速啟動(dòng)2＃鋸前輥道，首先2＃排鋸的用戶程序要將鋸前輥道的啟動(dòng)信號(hào)和低速度信號(hào)送給本身的DP數(shù)據(jù)區(qū)，DP數(shù)據(jù)區(qū)再經(jīng)過Profibus－1發(fā)送給主站,主站的DP數(shù)據(jù)區(qū)接收到相關(guān)信息后經(jīng)用戶程序處理在放到對(duì)應(yīng)的CP數(shù)據(jù)庫(kù)中，CP本身具有編程功能相當(dāng)于一個(gè)CPU，CP將其DP數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)（鋸前輥道的啟動(dòng)信號(hào)和低速度信號(hào)）經(jīng)過Profibus－2送給指定的從站（2＃鋸前輥道逆變器）。期間傳動(dòng)裝置也不停地將自身的狀態(tài)信息發(fā)給CP。

圖4 DP網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖5為數(shù)據(jù)交換原理示意圖。

圖5 數(shù)據(jù)交換原理

在STEP7用戶程序中，兩個(gè)專用的FC塊可用于數(shù)據(jù)交換：DP－SEND：將CPU中的指定的DP數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到Profibus－CP的緩沖器，以便傳送給DP從站。DP－RECV：從DP從站中讀取數(shù)據(jù)，將Profibus－CP接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)放入CPU指定的DP數(shù)據(jù)區(qū)中。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)配置分析

在實(shí)際應(yīng)用中Profibus控制系統(tǒng)配置根據(jù)根據(jù)實(shí)際需要及經(jīng)費(fèi)情況，通常有下幾種結(jié)構(gòu)類型：

1）結(jié)構(gòu)類型I：以PLC或控制器做一類主站，不設(shè)監(jiān)控站，但調(diào)試階段配置一臺(tái)編程設(shè)備。這種結(jié)構(gòu)類型，PLC或控制器完成總線通信管理、從站數(shù)據(jù)讀寫、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。該類型在實(shí)際應(yīng)用中用得較多成本低，一般適合小型控制系統(tǒng)，如液壓站控制系統(tǒng)。Ф340分廠中的液壓站、稀油站、矯直機(jī)、無(wú)損探傷機(jī)等的控制網(wǎng)絡(luò)屬于該類型。

2）結(jié)構(gòu)類型II：以PLC或控制器做一類主站，監(jiān)控站通過串口與PLC一對(duì)一的連接。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站不在Profibus網(wǎng)上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據(jù)和完成遠(yuǎn)程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據(jù)只能從PLC或控制器中讀取。

3）結(jié)構(gòu)類型III：以PLC或其它控制器做一類主站，監(jiān)控站（二類主站）連接Profibus總線或工業(yè)以太網(wǎng)上。這種結(jié)構(gòu)類型，監(jiān)控站在Profibus網(wǎng)或以太網(wǎng)上作為二類主站，可完成遠(yuǎn)程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。精整線的基礎(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)、管坯據(jù)和管排鋸的控制系統(tǒng)屬該類。

4）結(jié)構(gòu)類型IV：使用PC機(jī)加Profibus網(wǎng)卡做一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。這是一個(gè)低成本方案，但PC機(jī)應(yīng)選用具有高可靠性、能長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的工業(yè)級(jí)PC機(jī)。對(duì)于這種結(jié)構(gòu)類型，PC機(jī)故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用得很少。

由于精整線設(shè)計(jì)時(shí)就是24小時(shí)連續(xù)作業(yè)，在系統(tǒng)配置時(shí)選用結(jié)構(gòu)類型III以考慮到平時(shí)點(diǎn)檢維護(hù)的需要。精整1號(hào)線4條DP網(wǎng)絡(luò)比較規(guī)范，Profibus1上掛的全是現(xiàn)場(chǎng)I／O遠(yuǎn)程站，PLC主站只需對(duì)其編址不需編寫通訊程序。Profibus2上掛的全是智能型從站其站點(diǎn)少，由于該網(wǎng)絡(luò)上所連的都是精整線的關(guān)鍵設(shè)備，通訊數(shù)據(jù)非常重要，因此不掛其它類型從站以保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定。Profibus3和Profibus4上掛的全是變頻器，該網(wǎng)絡(luò)上可統(tǒng)一編址統(tǒng)一編寫通訊程序，通訊程序編寫簡(jiǎn)單。這四條網(wǎng)絡(luò)物理連接上相互獨(dú)立，因此當(dāng)一條網(wǎng)絡(luò)上出故障時(shí)不會(huì)影響另一條網(wǎng)絡(luò)上的通訊。

2.4 DP網(wǎng)絡(luò)通訊程序的編寫和故障診斷方法

2.4.1 DP網(wǎng)絡(luò)通訊程序的編寫

（1）CP342－5通訊模塊作DP主站時(shí)通訊程序的編寫對(duì)于CP342－5DP，必須用DP－SEND和DP－RECV功能塊，這些FC塊通過背板總線在CPU和CP之間傳送數(shù)據(jù)。如下所示：編程時(shí)可以完全自由地選擇源和目的區(qū)域。可以從數(shù)據(jù)塊、位存儲(chǔ)器和輸入輸出區(qū)域讀寫數(shù)據(jù)。精整一號(hào)線的Profibus3、Profibus4均可采用該編程方法。下圖為精整1號(hào)線5P的通訊程序。主站讀寫數(shù)據(jù)均在DB60中。CP342－5作從站時(shí)通訊程序編寫與作主站時(shí)一樣，這里不再敘述。

（2）CPU31x－2DPPLC作為主站或作從站時(shí)的編程這類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可采用直接尋址的編程方法，精整1號(hào)線的Profibus2屬該類型。直接尋址編程時(shí)主站就是將從站的外部輸入?yún)^(qū)域映像地址信息寫到指定的DP塊中，而從站則將DP塊中的數(shù)據(jù)地址傳寫到對(duì)應(yīng)的外部輸出地址中。下為精整1號(hào)線主PLC與1號(hào)探傷機(jī)的通訊程序。LDB9．DBW10LPID700TPQW710TDB9．DBD0LPIW704TDB9．DBW4HY＿mastersedntoHY＿masterreceivefrom1＃tangshang1＃tangshang程序中均將輸入／輸出域的外部地址直接映射到DP9中。

（3）用SFC14和SFC15編程如果標(biāo)準(zhǔn)的DP從站也是模塊化的設(shè)計(jì)或者有幾個(gè)DP標(biāo)志符，你只能一次訪問一個(gè)模塊或一個(gè)DP標(biāo)志符的數(shù)據(jù)，這時(shí)需用SFC14從標(biāo)準(zhǔn)DP從站中讀取一致性數(shù)據(jù)和用SFC15向標(biāo)準(zhǔn)DP從站中寫入一致性數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。

2.4.2 DP網(wǎng)的故障診斷方法

（1）充分利用STEP7的在線診斷功能作故障診斷STEP7的在線診斷功能非常強(qiáng)大，能在線診斷各類型DP從站的故障并產(chǎn)生詳細(xì)的報(bào)文信息。在SETP7軟件的管理界面中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊選擇：“PLC＼ModuleInformation＼HardwareDi-agnostics”就可看到相應(yīng)的故障診斷信息和報(bào)文。

（2）利用OB塊作故障分析在SIMATICNET系統(tǒng)中如果檢測(cè)到機(jī)架故障，子系統(tǒng)故障或分布式輸入輸出站故障，不管事故被定義為即將發(fā)生還是正在發(fā)生，CPU操作系統(tǒng)都會(huì)激活OB86。

表1

表1中臨時(shí)變量表示OB86已編寫好的不需用戶在編程，
一般只要將OB86下載PLC中就可以了。
OB86變量表中變量的含義如下：
OB86＿FLT＿ID:B＃16＃C4／／DP站連接失敗
OB86＿FLT＿ID:B＃16＃C5／／DP站故障
OB86＿M(jìn)DL＿ADDR:DP主站的邏輯地址（診斷地址）
OB86＿RACKS＿FLTD:將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DWORD內(nèi)容
Bits0to7:DP站號(hào)（PROFIBUS地址）
Bits8to15:DP子系統(tǒng)識(shí)別符
Bits16to30:DP從站的邏輯地址（診斷地址）
Bit31:I／O標(biāo)識(shí)符
在故障診斷時(shí)根據(jù)變量表中具體數(shù)值進(jìn)行故障分析即可。

3 現(xiàn)場(chǎng)總線的抗干擾問題分析

3.1 工廠現(xiàn)場(chǎng)干擾源分析

不同行業(yè)車間的干擾源不一樣，軋鋼車間現(xiàn)場(chǎng)干擾源主要有以下幾種：

1）傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)系統(tǒng)是軋鋼車間最大的干擾源。傳動(dòng)系統(tǒng)的總負(fù)荷約占造紙車間總負(fù)荷的2／3以上。在系統(tǒng)的整流和逆變中，大功率電力電子元器件(IGBT等)高速開和關(guān)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生大量的高頻電磁波污染整個(gè)車間，且產(chǎn)生大量高次諧波污染工頻電網(wǎng)。