基於PROFIBUS的現場總線控制系統

一. 引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/331544.htm

PROFIBUS現場總線是一種國際化、開放式異步通訊標準，於1996年被批准為國際標準。PROFIBUS已經廣泛應用於製造業自動化、流程工業自動化等。它由三個部分：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA。PROFIBUS-DP是一種高速低成本通訊，主要應用於現場設備級傳輸介質為屏蔽雙絞線（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工業現場總線控制系統。

二. 系統簡介

本生產線產品為寬約3m、厚約0.3~1mm的高級廣告布。生產線主機傳動由14臺電機完成，每臺電機由一臺變頻器驅動，生產線連續化作業。工序之間現場設備上有張力檢測裝置，有安全開關、急停開關。 本系統採用西門子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。　

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，採用RS485通訊，波特率為19.2kbps，我們製作了RS485通訊電纜與人機界面通訊。人機界面為臺達PWS3260觸控螢幕。在觸控螢幕上進行全線控制、生產線運行顯示、變頻器運行顯示、及參數的設置。CPU315作為主站，根據觸控螢幕的設定值和通過PROFIBUS從智能從站傳來的張力信號比較，通過運算，轉換成運行頻率發送給14臺變頻器，控制14臺傳動電機。

由於從站距離較遠，有需要在2、3好從站上需要查看對方的運行數據，在程序設計中有幾個參數通過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。由於操作需要，在2號從站上需要更改主站上的參數。在2號從站的界面上設計有按鈕，信號通過PROFIBUS傳送給主站。

主站程序執行是循環掃描執行方式，與其它PLC執行方式一樣。通過PROFIBUS傳送的信息也是周期傳輸的。

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、發送給主站預設配置為2字入/2字出，它分為字一致、字節一致和緩衝區一致。

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，控制生產線上的電磁閥、採集控制信號、採集張力信號並經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捲軸之間更換。2號操作臺對生產線輔助機械動作的操作、張力大小的調節。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。在觸控螢幕上完成運行狀況的查看、參數的修改、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。烘箱中導熱油在盤管中流動，經循環風機進行熱交換。風機共5臺，全為變頻控制，根據工藝要求調節運行頻率。5臺TD2000變頻器採用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總線的兼容產品，符合PROFIBUS協議中的傳動設備行規—PROFIDRIVE，主站能通過它對變頻器進行運行控制操作、調節運行頻率、更改變頻器的功能碼、讀取變頻器的運行狀態。變頻器也通過TDS-PA01反饋對主站控制信號的應答信號，主站可以根據變頻器的應答信號判斷控制信號執行情況。

在周期性的通訊中，PROFIBUS-DP使用PPO（對象過程類）類型作為數據傳遞的格式，由於本系統僅對變頻器的運行頻率設定，不更改功能碼，本例採用的是PPO3，僅控制變頻器的啟動、停止、故障復位、運行頻率設定。在主站組態時需導入TDS-PA01的GSD文件， GSD文件為TDS-PA01的設備數據文件。然後在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定運行。經實踐證明，PROFIBUS現場總線在此類系統中運行穩定可靠，沒有出現過問題。由於採用了現場總線，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驗：

1.在配置智能從站的EM277時輸入/輸出字節應留有餘量；

2.變頻器的控制中剛採用命令字與頻率值分開寫入，方便編程；

3.由於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。