PROFIBUS—DP總線在氣動物流生產線中的應用

0 引言

氣動系統具有快速、安全、可靠、低成本、無汙染等優點。近年來，氣動技術與微電子技術相結合，使得氣動產業呈現新的生機，其發展呈急劇上升的趨勢。如今氣動系統已廣泛應用於自動化生產線，如汽車生產線、鐘錶組裝線、電子部件組裝線及食品包裝等行業中。

現場總線技術被譽為自動化領域的計算機區域網，是當今自動化領域技術發展的熱點之一。現場總線是連接智能現場設備和自動化系統的數字式、雙向傳輸、多分支結構的通信網絡。現場總線技術的出現和發展，使得建構一種全數字、全分散、全開放的控制系統成為可能，導致了傳統控制系統結構的變革。現場總線技術仍處在不斷的發展中，現在已經出現了許多種現場總線標準，如PROFIBUS、FF、LonWorks、CAN、HART等。

1 PROFIBUS現場總線的特點

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

PROFIBUS—FMS、PROFIBUS-PA3個兼容版本。支持主-從系統、純主站系統、多主多從混合系統。其中PROFIBUS—DP(」適用於自動控制系統和設備級分散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，有比較高的數據傳輸率，特別適用於系統與外部設備之間的通信，遠程I／O系統尤為合適。它允許高速度周期性的小批量數據通信，適用於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，允許構成單主站或多主站系統。多主站系統一般對主站數量有一定的限制。主站周期地讀取從站的輸入信息並周期地向從站發送輸出信息，PROFmUS—DP還提供智能化現場設備所需的非周期性通信以進行組態、診斷和報警處理等。

PROFIBUS—DP協議結構定義了第一層、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，第二層為數據鏈層，用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備可調用的應用功能，並詳細說明了各種不同DP設備的行為。

2 物流生產線的構成

氣動物流生產線由監控計算機、PROFIBUS總線適配卡、PLC(S7—300)、PROFIBUS—DP總線網絡及執行機構組成，其系統結構如圖1所示。分布在現場的PLC節點分別連接生產線的送料、檢測、加工、提取和分揀單元，並通過PROFIBUS—DP通信接口與總線相連；監控計算機運行PLC編程軟體SE聊和組態軟體WINCC並通過總線適配卡和連接在PROFIBUS—DP總線網絡上的各個單元的PLC之間進行實時通信，從而實現整個氣動物流生產線的分散控制和集中監管。

圖1氣動物流生產線的總體結構

監控計算機選用的是普通計算機(PC)；總線適配卡選用的是CP56t3，用來完成現場總線與監控計算機之間的協議轉換。各個控制節點之間通過專用屏蔽電纜互聯構成PROFIBUS總線網絡，總線兩端連接PROFIBUS總線終端器，用來提高系統的穩定性、增強系統的抗幹擾能力。

氣動物流生產線中的氣動控制元件選用CP型閥島。其優點是結構緊湊，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的可靠性。由CP閥構成的送料單元的氣動控制迴路如圖2所示。可編程控制器(PLC)實現各單元的運行控制，計算機通過編程軟體可以作為PLC的交互式編程器採用梯形圖等程式語言對PLC進行編程和聯機調試。本系統中採用S7—300 CPU315—2DP可編程序控制器作為每個工作單元的控制系統。各個單元的PLC通過PROFIBUS．DP總線構成分布式網絡，進行信息傳遞，實現各單元之間的動作協調。

圖2送料單元氣動控制迴路圖

3 物流生產線的功能

氣動物流生產線的執行部分由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。整條生產線基本涵概了加工和檢測一個工件的全部過程，體現了自動化生產線上物流、能量流和信息流的概念。