淺談ROFIBUS總線技術在涂裝生產線中的應用

摘 要：文章以汽車涂裝生產線為例，將涂裝車間生產設備的控制系統分為兩層網絡（工業以太網+PROFIBUS 總線），三個層次（監控層、控制層和設備層）。每個層次中使用不同的網絡結構及軟硬件配置，以實現不同的功能。

關鍵詞：PROFIBUS；總線；汽車涂裝生產線；工業以太網

1 概述

涂裝車間生產設備的自動化控制系統主要采用“集中監測，分散控制”的典型控制模式，依據這一原則，將整個涂裝車間生產設備的控制系統分為兩層網絡（工業以太網+PROFIBUS總線），三個層次（監控層、控制層和設備層）。每個層次中使用不同的網絡結構及軟硬件配置，以實現不同的功能。結合目前國際、國內自動化水平和汽車行業的實際運作方式，選擇在業內應用成熟，技術先進可靠，功能實用的工業以太網+PROFIBUS總線控制。

2 PROFIBUS現場總線的特點

PROFIBUS根據應用特點分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA等三個兼容版本，支持主從系統、純主站系統、多主多從混合系統。

PROFIBUS-DP適用于自動控制系統和設備級分散I/O之間的通信設計，在過程自動化領域廣泛運用。該總線有比較高的數據傳輸率，特別適用于系統與外部設備之間的通信，遠程I/O系統尤為合適。它允許高速周期性的小批量數據通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。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限制，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發送輸出信息，PROFIBUS-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物理層、第二層數據鏈層和用戶接口。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，并詳細說明了各種不同DP設備的行為，對第三至第七層未加描述。

3 涂裝生產線的組成結構

（1）工業以太網。由兩臺監控計算機、7臺工業交換機采用光纖通信與現場設備（PLC）、SIMATIC WINCC監控系統組成一個局域網，對車間內各個PLC的運行信息向計算機監視系統傳送的數據進行實時采集和集中監測，形成一個完整可靠的中控系統。（2）PROFIBUS總線。涂裝車間自動化生產線主要由監控計算機、PROFIBUS總線適配卡、PLC（S7-300）、PROFIBUS總線網絡組成。

4 PROFIBUS總線的應用

PROFIBUS總線在汽車涂裝生產線主要運用于輸送系統、AVI識別控制系統及現場變頻器通信。輸送系統分布在整個涂裝車間，控制比較分散。按照輸送方式可分為：滑橇輸送系統（1～4）、前處理懸掛鏈輸送系統及噴膠摩擦式懸掛輸送系統。以滑橇輸送系統2 為例，其控制系統如下。

PROFIBUS-DP遠程I/O網絡組態：PLC CPU319-3PN/DP，Y遠程I/O終端模塊選用的是ET200S的IM151-1HF模塊，訂貨號為6ES7-151-1BA02-0AB0。在組態通信網絡之前應將遠程I/O模塊依次固定安裝在導軌之上，然后再組建網絡。

（1）創建一個項目，填入名稱HQ-2，單擊確定，出現組態畫面。單擊項目名稱前面的+號，選中SIMATIC300。然后雙擊SIMATIC300＼RACK-300，將機架（RAIL）拖入到左邊空白處生成空機架。

（2）配置主站，雙擊HQ-2的“硬件”，進行硬件組態，依次將電源、CPU和各種所需的模塊插入機架里。雙擊“MPI/DP”接口，新建一條PROFIBUS-DP網絡，設定PROFI-BUS網絡主站地址（設為2），選擇網絡的通信速率1.5Mbit/s和DP行規。將分布式I/OET200S掛接到主站的PROFIBUS-DP的電纜上。根據IM151-1物理模塊上的實際地址（由模塊上的撥碼開關設定）配置IM151-1在PROFI-BUS-DP網內的站地址，雙擊IM151-1模塊，出現對話框。單擊PROFIBUS按鈕后，設定IM151-1在“PROFIBUS（1）”內的站地址為10（與實際硬件設定保持一致），單擊“確定”后回到硬件組態畫面。

（3）分布式I/O ET200S的配置，單擊IM151-1模塊在對話框下半部分的空白槽內依次插入ET200S遠程模塊。根據設備情況，按照實際模塊的訂貨號和在導軌上的順序來組態。根據實際硬件IM151-1模塊配置如下：2個PM-EDC24V、2個4/8F-IDDC24V、4F-DODC24V/2A、6個8DIDC24V、2個8DODC24V/0.5A、6個4DODC24V/0.5AST。按上述步驟對每個I/O遠程模塊組態，將滑橇輸送系統2連接到兩條PROFIBUS-DP總線上形成一個現場總線控制網絡再與連接交換機直接和中控服務器連接交換傳遞數據。

5 PROFIBUS數據傳輸規則

S7-300在PROFIBUS-DP的網絡中，根據數據傳輸速率、數據的吞吐量等相關要求，可以組建不同的PROFIBUS-DP網絡以實現不打包通信和打包通信。打包通信需要調用系統功能（SFC）。STEP7提供了兩個系統功能（SSFC14和SFC15）來完成數據的打包和解包功能。不打包通信可直接利用傳送指令來實現數據的讀寫，但每次最大只能讀寫四個字節（雙字）。涂裝車間確保數據通信快速準確，都采用打包通信的方式，利用STEP7提供的兩個系統功能SFC15和SFC14來完成數據的打包和解包功能。SFC15是對要發送的數據進行打包，并傳給發送區，SFC14是對接收的數據經常解包，并轉存至系統內存區。

滑橇輸送系統（1、3、4）、前處理懸掛鏈輸送系統及噴膠摩擦式懸掛輸送系統的總線控制組態同滑橇輸送系統2的組態相同。現場控制柜與遠程I/O模塊用PROFIBUS-DP總線通信方式連成幾套總線網絡通信系統后，再與交換機通過工業以太網連成中控系統。

6 結束語

涂裝電控系統采用PROFIBUS-DP總線+工業以太網控制，體現出集中監測，分散控制的典型控制模式，達到了目前國際、國內汽車行業自動化先進水平。整個電控系統穩定可靠，反應迅速準確，能夠及時提供生產線狀況和設備運行狀態，能夠快速將各個設備故障信息傳送到中控室進行報警。每個電控子系統具有系統的獨立性、完整性和工藝符合性。

參考文獻

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