Profibus总线技术在成线液压机中的运用.docx

Profibus总线技术在成线液压机中的应用

0 引言
近年来，随着我国工业自动化的发展，压力机设备也一改传统的控制方法，在控制方面也应用上了可编程序控制器技术和各种调速系统，电气设备之间的通讯技术也逐渐得到了广泛的应用，它的出现减少了大量的控制线路的配接，方便了设备的安装和维护。
我单位现行设计生产的大吨位成线液压机，其中在给宝钢设计的液压机中，主要是通过西门子公司的S7-300系列可编程序控制器来完成整条线的连锁、顺序控制，其中PLC对MTS磁栅的数据读取采用的Profibus-DP现场总线控制方案。PLC之间的数据交换是通过以太网通讯来实现的，本文就是以多台PLC的通讯，及多根磁栅之间的通讯问题为例，简要叙述以太网的使用及Profibus-DP现场总线的配置方法。

1 Profibus总线概述：
Profibus总线技术是一种适用于工业过程控制的局域网。其原理是利用1根电缆将所有具有统一的通讯协议和通讯接口的现场设备连接。这样，在设备层传播的不再是I/O信号(4～40 mA或24VDC)，而是基于现场总线的数字化信号，由数字化通讯网络构成现场级设备与中央通信系统的信息交换，其工作实质有些类似于微型计算机的USB接口。
对于传统的工业自动化控制任务，1个现场元件对应1个PLC的I/O通道，同时对应l根单独的电缆。对于大型的自动化生产线，成千上万个敏感元件、执行元件，成捆的电缆，既不便于安装施工，又不便于日后的故障检修。对于编程人员也比较麻烦：不能方便地修改程序的逻辑地址，导致程序灵活性差，设备的可操作性差。
随着大规模集成电路的发展，许多传感器、执行机构、驱动装置等现场设备的智能化，即内置CPU控制器，完成诸如线性化、量程转换、数字滤波甚至回路调节等功能。因此，对于这样的智能现场设备增加1个串行数据接口(如RS232/RS485)非常方便。有了这样的接口，控制器就可以按其规定协议，通过串行通信方式(而不是I/O方式)完成对现场设备的监控。如果大部分现场设备都有串行通信接口并具有统一的通信协议，控制器只需1根电缆就能将分散的现场设备连接，完成对所有设备的监控。
现场总线就是基于这种思想发展起来的。在我国这一技术也随着国外大量成套设备的引进而日渐被广大用户所了解，某些大型生产线也开始逐渐采用这一通讯技术。

2 Profibus技术优点
在这种系统中，AS-I CONTROLLER串接在Profibus中，用以与CPU交换信息。同时，利用自带的接口，连接现场的敏感器、执行器。所有这些元件都串接在AS-I总线中。这种接线方式，不仅省去了大量的电缆，提高了安装施工速度，更重要的是它为日后的故障排除和维护提供了极大的方便。
因为所有的现场元件都是用2根电缆“串接”在一起的。正是这些先进技术的采用，使拉斯科粉煤灰标准砖生产线具有许多有利于用户的优点：
(1)安装周期短
设备安装的大部分工作在电气部分。因此，电气部分安装的快慢，直接影响安装周期的长短。拉斯科采用的Profibus现场总线技术，用2根电缆代替了传统模式下的成捆电缆，大大缩短安装周期。实践证明，采用Profibus的控制系统，其安装时间、维修时间、维修成本比普通中央集成系统可节省40％。
(2)故障排除快
所有现场部件的连接均是通过2根电缆完成，因此，对于故障的检修与排除能快速完成。同时，因为元件都带有标准接口，更换元件简单。
(3)故障自诊断功能
Profibus的应用，使拉斯科制砖生产线的故障自诊断变得十分容易。对于设备的每1个独立硬件，都有1个单独的I/O通道。也就是说，不管哪一个硬件发生故障，在程序中都能体现出来，然后反映在操作员面板上，使设备操作人员都能立刻知道故障原因及位置。
(4)远程诊断功能
通过1个中央控制单元的MODEM附件，可以轻易地实现远程诊断功能(见图3)。拉斯科的专家能通过INTERNET网对设备进行故障诊断、修改设备工艺等，能够通过软件来实现，而不必再亲临现场，这样就可以节省大量的售后开支和时间。
(5)砖高度和密实度自动智能控制
正是因为硬件排列布置的灵活性，使得软件的各项功能发挥到极致。这一点在拉斯科粉煤灰制砖机上表现得尤为明显比如，产品质量自动智能控制系统，就是软件和硬件互相协助工作的典型。也正是这些技术细节，决定了拉斯科制砖机硬件可以被模仿，但是软件不能被复制的垄断性技术地位。
(6)低故障率和高智能
正是因为更多的计算、比较、逻辑等功能抛弃了硬件而采用软件程序来完成，从而降低了设备的整体故障率，并使得很多人性化、智能化功能得以实现。也正是因为软件功能的极大丰富，设备的智能化动作和运行才成为可能。
Profibus现场总线技术为今后的维护、检修等工作带来了非常多的便利。作为核心技术，设备的控制系统很大程度上决定了设备性能的优越性。正是这些先进技术的应用，使设备的大多数功能不再依赖于硬件，而是通过软件来实现

3 Profibus现场总线技术的应用
Profibus现场总线在成线液压机中的运用
3．1 系统配置
该系统以西门子公司和MTS公司的相关产品来实现Profibus-DP网中的通讯及控制。其中PLC为西门子公司的SIMATICS7-315-2 PN/DP，其中5个数字量输入模块SM321 16点，6个数字量输出模块SM322 16点，模拟量输入模块SM331 8点，模拟量输出模块SM332 8点，存储卡MMC 512Kb，电源模块PS 307 10A。包括一个扩展机架接口模块。
位移传感器为MTS公司R-系列RP型CANBUS总线输出，编程软件为STEP7软件，用于对S7-300 PLC编程和对Profibus-DP网进行组态和通讯配置。以太网通过两个交换机连接，并且与PLC自带的以太网口相连，上位机也通过以太网连接。该成线液压机共八台，共计八个相同的CPU，每台配有两根磁栅，还配有其它的检测元件（压力传感器，温度传感器，比例阀等。
3．2 STEP7项目系统组态及通讯编程
(1)使用STEP7编程软件，进入Hardware
Configure(硬件配置)完成S7-300 PLC硬件组态；选定S7-315-2 PN/DP为主站系统，将MTS提供的MTSMINI.GSD (磁栅数据库)文件导入STEP7的编程环境中；在系统PROFIBUS-DP硬件配置中添加从站MTSRXXXX，设定第一个从站节点地址为124，同样再次添加第二个从站，设定地址为123，其他磁栅的节点地址依次向下排列，但是不能重复，其中由于使用的MTS的磁栅出厂时所以的节点地址已经设置，所以在进行配置时需要通过CANBUS手持编程器去改每根的节点地址，否则在最后的网络通讯时，BF2总线报警，而且无数据读取，所以在配置MTS磁栅时要注意节点地址的统一性。然后在加入输入输出模块，模拟量模块等，如下图：

硬件设置：首先通过建立现场联机总线双击MPI/DP并选择Profibus接口方式,打开属性，如图所示选择地址并在属性中选择网络类型以及传输速率：

并对以太网络进行设置：对每个CPU分配一个IP地址，以保证联机时IP不冲突，而且在与上位机连接时，可以通过IP地址的不同，分别配对，以保证一对一的通讯，设置如下图：

还有对MTS磁栅的节点地址进行设置，并选择子网联机总线，如下图所示：
在所以的硬件组态结束后，并保持，点击所在项目中的以太网或者（连接总线）可以看到所以网络上的硬件配置，如下图所示：

硬件配置和设置完成后，可通过自动分配的地址读取相关的数值，联机时可通过上位机通过不同的IP地址读取不同CPU的个个参数，确保工作时的统一，以保证各个不同工艺的完成。
4 现场总线发展趋势
虽然现场总线的标准统一还有种种问题，但现场总线控制系统的发展却已经是一个不争的事实。随着现场总线思想的日益深人人心，以及基于现场总线的产品和应用的不断增多，这种新一代控制系统正逐渐浮出水面，现场总线控制系统体系结构日益清晰，具体发展趋势表现在以下几个方面。
(1)现场总线控制系统是全面数字化、网络化的控制系统这体现在位于现场的传感器/执行器一级也全部实现数字化、智能化，它们彼此之间以及与控制器之间通过现场总线构成工业现场的局域网络，进而连接到上层控制网、管理网甚至互联网，形成一个无所不在的网络系统，信息可以在现场、车间、工厂、公司总部之间自由流动。
(2)现场总线控制系统的网络结构向简单的方
向发展早期的MAP模型由7层组成，现在提出了3层、2层结构自动化，有的甚至提出l层结构，由以太网一通到底。目前比较达成共识的是3层设备、2层网络的3+2结构。3层设备是位于底层的现场设备，如传感器/执行器，以及各种分布式I/O设备等；位于中间的控制设备，如PLC、工业控制计算机、专用控制器等；位于上层的是操作设备，如操作站、工程师站、数据服务器、一般工作站等。2层网络是现场设备与控制设备之间的控制网，以及控制设备与操作设备之间的管理网。
(3)现场总线控制系统大量采用成熟、开放、通用的技术如在管理网的通信协议上，越来越多的企业采用最流行的TCP/IP协议加以太网，操作设备一般采用工业PC机甚至普通PC机，控制设备则采用标准的PLC或工业控制计算机等，而控制网络就是各种现场总线的应用领域。由此可见，新型的现场总线控制系统与传统的控制系统(如DCS、PLC)之间并不是完全取而代之的关系，而是继承、融合、提高的关系。例如现场总线控制系统与DCS之间结构有相似之处，但在底层用现场总线取代了传统的4—20mA信号，在功能方面发生重大变化。现场总线控制系统常常采用标准的PC做操作站，PLC做控制站，在控制站上装有现场总线的通信模块，可与现场总线的智能设备相连，从而降低了系统的成本，提高了系统的开放性。