Profibus總線技術在冰箱箱體生產線中的應用

江 瀾

（武漢鐵路職業技術學院電子電氣工程學院，湖北 武漢430000）

0 引言

冰箱箱體由外箱、內膽、絕熱層、箱門與箱內附件等組成，箱體的保溫性和箱門的密封性對冰箱制冷效果至關重要，所以箱體發泡、生產輸送實時、槍頭準確定位澆注等過程的相互配合對生產冰箱的質量起著重要的作用。傳統的冰箱發泡生產線一般采用旋轉夾具或矩形轉盤結構。而現在為了提升生產水平，一般都采用國際上流行的直線式冰箱箱體發泡線，這種發泡線結構緊湊，工作效率高，生產安全性能高，極大地提高了產品的合格率和生產效率；同時增加了手動控制來提高生產系統的靈活性，便于設備的調試和維修。

現場總線技術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、全開放的通信網絡，克服了傳統模擬控制系統采用一對一物理連接不夠網絡化、智能化的問題，它適合用在實時性強、自動化程度高的復雜生產線網絡中。

1 Profibus現場總線的特點

目前流行的現場總線及總線標準有很多種，其中Profibus現場總線是歐洲標準，其產品已在全球市場得到了普遍認可。

Profibus協議結構是根據ISO7498國際標準，以開放式系統互聯網絡（OSI）為參考模型，這是使現場總線開放和可互操作的關鍵。用于自動化制造業的Profibus－DP主要負責完成現場級控制和分布式I／O以及其他現場設備之間的通信，它采用RS－485雙絞線或光纜作為傳輸介質，各主站之間通過令牌的傳遞來決定誰獲得主控權力，主站與從站之間是按主到從的方向進行傳送，通信方式是點對點（用戶傳送數據）或廣播（控制指令）。

2 冰箱生產線的結構與工藝

整個冰箱箱體發泡生產線采用的是直線式箱體發泡線，就是9臺發泡模具按一定的間隔一字排開并且固定不動（模具的外夾具可以上下升降，內模固定不動），槍頭注射小車往復運動進行澆注。冰箱箱體的發泡系統負責完成對箱體的發泡，主要由發泡機、注射槍頭等組成。輸送系統負責完成對箱體的自動控制澆注過程，主要由輸送小車、注射槍頭小車、拼裝生產線、裝配生產線、9個工位的機械模具等組成。預加熱系統中的烘箱有進排風機和溫度檢測裝置，以保證整個烘箱內的溫度保持在40～60℃之間。系統整體結構如圖1所示。

圖2 箱體生產線控制系統結構

圖1 系統整體結構

冰箱箱體發泡工藝流程：9臺冰箱箱體的發泡模架結構和控制方法完全相同，并成一排，與該排平行的位置是接送箱體的地面輸送小車。它主要由接送箱體的滾輪和檢測箱體的光電傳感器組成，有2個反方向運動的車位，一個是送箱位，一個是接箱位，車位上有傳送帶，配合進出箱軌道以及各個模具進出箱皮帶。（1）小車從拼裝生產線上接一臺箱體，然后根據要箱命令送入此刻發出命令的模架中，當箱體完全進入模架后，夾具夾緊并抬起一定的角度以便等待接受來自發泡機槍頭的注料。如果此時有已經發泡好的箱體，固化完成信號發出，小車會自動運動到已經固化好的模架前，接出已經發泡固化好的箱體。（2）分別有2個注射槍頭，一個針對前4個工位，位于1#工位前，一個針對后5個工位，位于9#工位后。當有箱體請求需要注射時，通過計算行程，槍頭準確地停在模架上方，再垂直地移動方向，能夠快速準確地插入箱體注料的圓孔中，通過延時，關閉閥門、退出槍頭并上移。然后判斷是否還有發出請求的箱體，否則返回原位等待。槍頭的水平運動速度由變頻器控制，位置由伺服電機控制。（3）當箱體注射完畢后，模具開始加熱一段時間，時間到，箱體和夾具由傾斜位回到水平位，松開夾具，發出出箱信號，待小車有空時來接箱，小車把箱體接出，運行到裝配生產線上去。

3 箱體生產線控制系統的構成

冰箱箱體生產線確定了上位機（觸摸屏）＋可編程邏輯控制器（PLC）＋Profibus－DP現場總線的整體結構。控制系統結構如圖2所示。

本系統PLC選用的CPU是西門子S7－300系列S7－315－2DP，電源為PS3075A，9個工位會分別利用IM153－2的接口模塊和I／O模塊組成的DP從站（ET－200M智能從站），它能夠將現場采集的相關數據通過總線傳送給CPU，CPU做程序判斷后發給從站指令，這些指令隨即傳送到現場的執行機構。

4 箱體生產線的硬件設計和軟件設計

系統的網絡組態包括主站和從站的組態，主站主要是對于電源、CPU、擴展模塊IM365和一些不同類型的I／O模塊進行硬件組態，從站主要包括ET－200M從站的組態和變頻控制器MOVIDRIVE的組態。其中，通信端口設置、MPI地址設置、數據傳輸速率選擇等都需要下載到PLC并進行確認。完成好的網絡組態界面如圖3所示。

圖3 箱體生產線控制系統的硬件組態界面

程序設計采用梯形圖，STEP V5.4界面好操作，編程簡單，在線調試方便。

5 結語

本文介紹了基于Profibus－DP現場總線的分布式控制系統，經過調試，最后實現了PLC與各個控制單元的通訊，通過編寫程序實現了冰箱箱體生產線的自動控制及其他各類需求，驗證了方案的可行性和系統信息傳遞的可靠準確性、實時性。這種控制方式提高了生產效率，降低了生產設備的維護成本。

［1］劉良文，董鳴，趙紅洲，等.PROFIBUS－DP現場總線性能分析［J］.微計算機信息，2006（25）