PROFIBUS總線(xiàn)在MPS改造中的應用

模塊化生產(chǎn)加工系統(MPs，Modular Production System)是近年來(lái)各高校引進(jìn)的典型機電一體化培訓系統，是國際技能大賽一機電一體化競賽的官方競賽設備，它可以模擬零件的檢測、搬運、加工、裝配和分類(lèi)的生產(chǎn)過(guò)程，使學(xué)員處于一個(gè)非常接近于生產(chǎn)實(shí)際的教學(xué)環(huán)境。

PROHBUS現場(chǎng)總線(xiàn)，是目前在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中應用最為廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)通訊技術(shù)之一。本文采用PROHBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)對MPS系統進(jìn)行改造，利用上位機與系統通信，實(shí)現對MPS系統的高速數據傳輸和數據處理控制，以及對各站的生產(chǎn)運行監控，使得系統的生產(chǎn)效率得到顯著(zhù)提高，且大大提高了系統的可靠性和可維護性。

1 MPS系統簡(jiǎn)介

MPS系統是一套開(kāi)放式的設備，一般由6個(gè)工作站組成，分別為上料檢測站、機械手站、加工檢測站、裝配站、安裝搬運單元、立體倉庫單元，其系統結構如圖1 所示，它可以較為真實(shí)地模擬出一條自動(dòng)生產(chǎn)加工流水線(xiàn)的工作過(guò)程，目前陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院MPS設備各工作站之間通信采用的方法是一個(gè)工作站PLC 的輸出與另一工作站PLC的輸入相連，從而實(shí)現各工作站的協(xié)調動(dòng)作。這種點(diǎn)對點(diǎn)通信方式存在諸多缺點(diǎn)：

(1)占用系統資源;

(2)信號傳輸抗干擾能力差;

(3)不能體現新型的工業(yè)控制系統網(wǎng)絡(luò )結構理念;

(4)加PS系統不具有監控功能。

應用PROHBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)可以解決上述問(wèn)題。

2 PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)

PROHBUS現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，是實(shí)現現場(chǎng)級設備數字化的工業(yè)現場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，它具有較強的現場(chǎng)信號集成能力，可靠性和維護性好，且總線(xiàn)協(xié)議是開(kāi)放的。

PROHBUS總線(xiàn)標準包括3個(gè)方而的內容：FMs，DP，PA，分別適用不同的應用領(lǐng)域。

本次改造主要采用的是PROHBUS--DP總線(xiàn)標準，用于現場(chǎng)級快速高效的數據交換。PROFIBUS--DP主站可分為一類(lèi)主站和二類(lèi)主站：

一類(lèi)DP主站是中央控制器，它在規定的周期內與分散的站點(diǎn)(如DP從站)交換信息，典型主站設備包括可編程控制器(PLc)和個(gè)人計算機(PC)。

二類(lèi)DP主站是編程器、組態(tài)設備或操作面板，在系統組態(tài)時(shí)或對系統運行監控時(shí)使用。

在采用PROFI_BUS系統結構類(lèi)型時(shí)，選擇PIE做一類(lèi)主站，設置一臺監控站，監控站通過(guò)串口與PIE一對一連接。這種結構類(lèi)型，監控站不在 RPOFBIUS網(wǎng)上，不是二類(lèi)主站，不能直接讀取從站數據和完成遠程參數化工作，監控站所需從站數據只能從PIE中讀取。

2.1 設備類(lèi)型

該系統共有6個(gè)工作站單元，將第1個(gè)工作站模塊即上料檢測設置為主站，主站的配置是選用SIEMENS s7—300可編程控制器CPU 315-2DP模塊及存儲卡;其余5個(gè)工作站模塊為從站。都采用SIEMENS S7—200 CPU226型，每個(gè)從站的I/O口均為24人116出。S7-200通過(guò)EM277 PRoFlBUs-DP從站模塊連入PROHBUS-DP網(wǎng)，主站可通過(guò)EM277對S7-200C2U進(jìn)行讀，寫(xiě)數據。
2.2總線(xiàn)拓撲

PROHBUS--DP總線(xiàn)存取協(xié)議，主站之間采用令牌傳遞方式，主站與從站間采用主從方式。令牌傳遞程序保證每個(gè)主站在—個(gè)確切規定的時(shí)間內得到總線(xiàn)令牌，在PROFlBUS中，令牌傳遞僅在各主站之間進(jìn)行。主站得到令牌時(shí)可與從站通信，每個(gè)主站均可向從站發(fā)送或讀取信息。因此，有3種系統配置：

(1)純主一從系統;

(2)純主一主系統;

(3)混合系統。

本系統采用令牌傳遞方式和純主—從系統配置。網(wǎng)絡(luò )拓撲圖如圖2所示。

2.3總線(xiàn)數據通信網(wǎng)絡(luò )的硬件組態(tài)

根據圖2所示數據通信網(wǎng)絡(luò )的組成，利用已連接好的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用線(xiàn)纜與總線(xiàn)插頭，采用總線(xiàn)拓撲結構進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )連接，并檢查網(wǎng)絡(luò )連接是否正確，給系統送電。S7—300 PLc與S7-200 pLC通過(guò)EM277進(jìn)行PROFIBUS-DP通訊時(shí)，在STEP7中需要對S7—300站組態(tài)，而在s7—200系統中不需要對通訊進(jìn)行組態(tài)。

在STEP7中對S7—300 PILl站組態(tài)時(shí)，首先在STEP7中插入一個(gè)S7-300 PIE的站。然后在STEP7硬件組態(tài)窗口中安裝EM277從站配置文件，接著(zhù)選擇通訊方式，并在STEP7的硬件組態(tài)窗口中設置EM277的從站地址，至此一個(gè)工作單元的EM277從站硬件組態(tài)結束，接著(zhù)依次將所需的EM277從站掛接到總線(xiàn)上，如圖3所示。PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )組態(tài)完成后，編譯并下載到S7-300 PIE中。

2.4主從站數據通信編程

采用PROFIBUS-DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，主從站之間的通訊不需要編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的通訊程序，只需在S7-300主站的硬件組態(tài)中，配置PROFIBUS總線(xiàn)中的 EM277模塊時(shí)所建立的緩沖區的輸人輸出字節數即可。例如組態(tài)時(shí)選擇8 Bytes OuJB Bytes In,在S7-300側建立的UO緩沖區為PIBO-PIB7和PQBO-PQB7,將EM277的撥位開(kāi)關(guān)撥到與以上硬件組態(tài)的設定值一致，則200 側的通信區VBO-VB7為接收區,VB8-VB15為發(fā)送區(通信區地址通過(guò)設置可以偏移)。只要從站的站點(diǎn)地址以及各個(gè)從站PLC的端口地址，在組態(tài)時(shí)明確且不重復，就可以很準確地實(shí)現主從站之間的通訊控制。

3 上位機監控系統的實(shí)現

圖形界面開(kāi)發(fā)程序由“組態(tài)王”運行系統組成。畫(huà)面編輯應用程序提供需要制作實(shí)時(shí)畫(huà)面的所有功能，用戶(hù)根據實(shí)際需要組織、調動(dòng)畫(huà)面。本系統監控主畫(huà)面設計如圖4所示，畫(huà)面顯示給用戶(hù)提供命令與圖建立聯(lián)系。
4 結束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)踐證明，采用PROFIBUS-DP和組態(tài)王工控軟件組建的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )控制管理系統，實(shí)現了人機交互可視化以及生產(chǎn)管理的一體化，給系統的安裝、調試和設備維護帶來(lái)方便，改造后可以實(shí)現對各站的生產(chǎn)運行監控，提高了系統的安全性、可靠性和工作效率。