profibus―dp总线在柔性自动化生产系统中的应用

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PROFIBUS-DP总线在柔性自动化生产系统中的应用摘要介绍基于PROFIBUS-DP总线的柔性自动化生产系统，重点阐述了柔性自动化生产的系统组成、硬件组态及系统程序结构。实践证明，PROFIBUS总线以其具有可靠性高、开放性好、扩展性好和速度快等特点在柔性制造行业将会有良好的推广价值和应用前景。【关键词】PROFIBUS现场总线柔性硬件组态柔性自动化生产线是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，它由上料单元、五轴机器人单元、多轴加工单元、落料单元、加盖单元、穿销单元、检测单元、分拣输送单元、物流仓储单元、行车机械手单元组成。传输链有辊道、皮带、链条滚轮三种模式，配有相应的圆带转角，通过传输链和转角连成环形生产线。控制系统主站采用西门子S7-300(CPU315-2DP),从站采用西门子S7-200(CPU226),各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯，在主站的控制下实现相关的互锁、数据传送操作，系统中安装了工业触摸屏，对现场设备生产状况进行动态实时监控。1PROFIBUS总线概述PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设 备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。它由三个兼容部分组成，即PROFIBUS-DP（分布式1/0）、PROFIBUS-PA（过程自动化）、PROFIBUS-FMS（现场总线信息规范）。其中PR0F1BUS—DP应用于现场级，它是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯，总线周期一般小于10ms，使用协议第1、2层和用户接口，确保数据传输的快速和有效进行。在柔性自动化生产系统中就采用了PROFIBUS-DP总线。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入/输出地址、输入/输出数据格式、诊断信息格式及所使用的总线参数。每个典型的PROFIBUS-DP系统可包括以下三种不同类型设备：（1）一级DP主站（DPMI）：一级DP主站是中央控制器，它在预定的周期内与分散的站（如DP从站）交换信息。典型的DPMI如PLC或PC。（2）二级DP主站（DPM2）:二级DP主站是编程器.组态设备或操作面板，在DP系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。 （3）DP从站：DP从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备(I/O设备、驱动器、HMI、阀门等)。2柔性自动化生产系统的结构2.1柔性自动化生产线控制系统的组成及其功能该柔性自动化生产系统由上料单元、五轴机器人单元、多轴加工单元、落料单元、加盖单元、穿销单元、检测单元、分拣输送单元、物流仓储单元、行车机械手单元组成。在联机状态下，工件依次进行上料、搬运、加工、落料、加盖、穿销、检测、分拣、入库等操作。该系统的工作过程如图1所示。控制系统主站采用西门子S7-300(CPU315-2DP),从站采用西门子S7-200(CPU226)，每个单元对应从站的一个站点，各站之间使用ProfiBus-DP总线进行通讯，S7-200从站主要用于控制与驱动设备层，并对现场反馈的信号进行采集，S7-3⑻主站采集各从站数据，协调各站运行，并为上位机的监控程序提供数据，同时系统还配有工业以太网通信模块和10.4英寸彩色工业触摸屏，可以完成系统控制网络的集成。采用STEP7软件进行组态，网络结构如图2所示。2.2硬件组态及其配置主站采用西门子S7-300系列6ES7315-2DP，采用PROFIBUS-DP通讯，12个S7-200系列CPU226作为从站，在硬件组态中对应3-16号站点，每个从站分别对应一个加工 单元。硬件组态如图3所示。用DP电缆连接主站S7-300上的DP接口和各个从站S7-200上的扩展模块EM277。EM277模块上的拨码开关设置的站地址应与STEP硬件7组态的站地址相同，如上料单元设置的站地址即为3,五自由度机械手设置的站地址为5。2.3系统程序结构该系统主站S7-300由STEP7V5.5软件编程，包含了0B1、0B82、0B85、0B86组织块及其DB1、DB2、DB10数据块，12个从站分别采用S7-200的编程软件STEP7Micro/WINV4.0编程。各从站的S7-2⑻通过变量存储区V区与DP主站交换数据。以6号站为例，S7-300写到S7-200的数据存储在VB0-VB3存储区，对应于S7-300的QB15-QB18存储区，S7-300从S7-200的VB4-VB7存储区读取数据，对应于S7-300的IB15-IB18存储区。部分程序如图4所示。3结束语本柔性自动化生产系统的设计是将该系统作为一个有机整体，由上料单元、五轴机器人单元、多轴加工单元、落料单元、加盖单元、穿销单元、检测单元、分拣输送单元、物流仓储单元、行车机械手单元等组成。各从站均采用独立的S7-200PLC控制，确保设备运行的稳定及可靠，同时在中央控制台的统一控制下，通过PROFIBUS-DP现场总线网络又 将各个独立的站连接成一个完整的系统，设备在运行过程中能充分体现出其稳定性以及高效性。应用证明了PROFIBUS现场总线稳定可靠，目前在工业控制领域中已成为发展速度最快、应用范围最广、最具有发展前景的现场总线。参考文献[1]候维山，费敏锐.PROFIBUS协议分析和系统应用[M].北京清华大学出版社，2⑻6.[2]廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京机械工业出版社，2005.[3]秦益霖.西门子S7-300PLC应用技术[M].北京电子工业出版社，2007.作者单位江西机电职业技术学院江西省南昌市330013