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PROFIBUS-DP总线在气动物流生产线中的应用

PROFIBUS-DP总线在气动物流生产线中的应用

2007/6/13 9:36:00
1 引言 气动系统具有快速、安全、可靠、低成本、无污染等优点。近年来,气动技术与微电子技术相结合,使得气动产业呈现新的生机,其发展呈急剧上升的趋势。如今气动已系统广泛应用于自动化生产线,如汽车生产线、钟表组装线、电子部件组装线及食品包装等行业中。 现场总线技术被誉为自动化领域的计算机局域网,是当今自动化领域技术发展的热点之一。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线技术的出现和发展,使得建构一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能,导致了传统控制系统结构的变革。现场总线技术仍处在不断的发展中,现在已经出现了许多种现场总线标准,如PROFIBUS、FF、LonWorks、CAN、HART等。 2 PROFIBUS现场总线的特点 PROFIBUS是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线[1],目前已成为中国国家标准GB/T20540-2006的现场总线。由此可看出PROFIBUS在现场总线中的重要的地位。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、PROFIBUS -FMS、PROFIBUS -PA三个兼容版本[1]。支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统。其中PROFIBUS-DP[1]适用于自动控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计,在过程自动化领域有着广泛的运用。 PROFIBUS-DP总线是为高速设备分散控制或自动化控制而设计的,有比较高的数据传输率,特别适用于系统与外部设备之间的通信,远程I/O系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信,适用于对时间要求比较高的自动化场合。 PROFIBUS-DP总线上的设备一般为主站与从站配置,允许构成单主站或多主站系统。多主站系统一般对主站数量有一定的限制。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息,PR0FIBUS-DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。 PROFIBUS-DP协议结构定义了第一层、第二层和用户接口,对第三层到第七层未加描述。第一层为物理层,第二层为数据链层,用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同DP设备的行为。 3 物流生产线的构成 气动物流生产线由监控计算机、PROFIBUS总线适配卡、PLC(S7-300)、PROFIBUS-DP总线网络组成,其系统结构如图1所示。分布在现场的PLC节点分别连接生产线的上料、检测、加工、提取和分拣单元,并通过PROFIBUS-DP通信接口与总线相连;监控计算机运行PLC编程软件SETP7和组态软件WINCC并通过总线适配卡和连接在PROFIBUS-DP总线网络上的各个单元的PLC之间进行实时通信,从而实现整个气动物流生产线的分散控制和集中监管。
图1图1 气动物流生产线的总体结构
监控计算机选用的是普通计算机(PC);总线适配卡选用的是西门子公司的CP5613,用来完成现场总线与监控计算机之间的协议转换。各个控制节点之间通过专用屏蔽电缆互联构成PROFIBUS总线网络,总线两端连接PROFIBUS总线终端器,用来提高系统的稳定性、增强系统的抗干扰能力。 4 物流生产线的功能 气动物流生产线的执行部分由5个独立的单元组成,包括:送料单元、检测单元、加工单元、提取单元和分拣单元。整条生产线基本涵概了加工和检测一个工件的全部过程,体现了自动化生产线上物流、能量流和信息流的概念。其过程为:送料单元从料仓中分离工件毛坯,并通过摆动气缸将工件毛坯送到检测单元;检测单元确定待测工件的材质特征和高度,剔除废品或将合格工件送到加工单元;加工单元对工件进行加工,并检查工件的加工尺寸;提取单元从加工单元移走工件,将合格品送到分拣单元或将不合格品送至废品滑道;分拣单元对检测合格的工件按其特征属性进行分类并送到不同滑道中。 气动物流生产线中的气动控制元件选用CP型阀岛。其优点是结构紧凑,大大减少了气路布线的工作量,提高了操作的准确性和系统的可靠性。由CP阀构成的上料单元的气动控制回路如图2所示。
图2 上料单元气动控制回路图图2 上料单元气动控制回路图
可编程控制器(PLC)实现各单元的运行控制,计算机通过编程软件可以作为PLC的交互式编程器采用梯形图等编程语言对PLC进行编程和联机调试。各个单元的PLC通过PROFIBUS-DP总线构成分布式网络,进行信息传递,实现各单元之间的动作协调。 5 物流生产线控制系统的组态 调试与检验PROFIBUS–DP总线系统前必须组建总线网络,并进行网络组态。通常的网络组态方法有两种:一种是基于组态软件(如:WINCC)+主站卡(如:CP5613)构成的PROFIBUS-DP二类主站的网络结构,另一种是由具有PROFIBUS-DP接口的硬件PLC构成的PROFIBUS-DP一类主站结构,本文调试所采用的就是前一种方式,其网络结构如图1所示。 计算机运行德国西门子公司的SIMATIC-NET V6.2软件包进行PROFIBUS–DP总线网络的硬件组态,组态过程包括:1)通过Configur-Station加载CP5613通讯卡建立网络的主站;2)通过HW-Configuration组态整个PROFIBUS–DP总线网络,组态好的界面如图3所示,组态信息下载到主站中即可。从而构成了基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式控制系统
图3 图3 软PLC组态及监控界面
6 结束语 本文叙述的基于PROFIBUS-DP现场总线的分布式控制系统经过调试,实现了监控计算机与各个单元PLC之间的正常通信,通过编写PLC的测试程序,实现了气动物流生产线的自动控制,检查了整体方案的可行性;验证了整个系统信息传递及控制的可靠性、准确性和实时性。 参考文献: [1] 现场总线(Profibus)专业委员会(CPO).现场总线PROFIBUS标准(中文版)[S].CPO,2000. [2] 孙树文,张慧慧.机电一体化综合实验系统的研制[J],实验技术与管理,2001年第6期:98-100 [3] 陆鑫盛,周洪.气动自动化系统的优化设计[M].上海:科学技术文献出版社,2000. [4] 吴曦,张慧慧,郑刚,孙树文.可视化技术在模块化生产加工系统中的应用[J],液压与气动,2004年第9期:55-56
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