Profibus－DP現(xiàn)場總線在精整生產系統(tǒng)中的應用

Profibus－4：該網絡上所連的站都為智能從站，連接一號線中主要設備，4臺管排鋸、矯直機、探傷機。4臺管排鋸和矯直機都通過CP342－5通訊模塊與主站連接，探傷機PLC則將CPU作為從站掛在主站上。這條智能從站網絡主要完成主站與從站的接口信息交換，如主站發(fā)傳動裝置準備好信號給從站、從站發(fā)給主站的輥道或斯惠頓啟／停信號及速度給定。

2.2 主站與從站通訊

Profibus－DP總線采用令牌傳送方式進行數(shù)據通訊，令牌傳送保證了訪問總線（令牌）的權利在精確定義的時間內被分配。以下圖3描述主從站之間的通訊。Profibus－1上的從站與Profibus－2和Profibus－3的從站都存在數(shù)據交換。

如2＃管排鋸要低速啟動2＃鋸前輥道，首先2＃排鋸的用戶程序要將鋸前輥道的啟動信號和低速度信號送給本身的DP數(shù)據區(qū)，DP數(shù)據區(qū)再經過Profibus－1發(fā)送給主站,主站的DP數(shù)據區(qū)接收到相關信息后經用戶程序處理在放到對應的CP數(shù)據庫中，CP本身具有編程功能相當于一個CPU，CP將其DP數(shù)據緩沖區(qū)的數(shù)據（鋸前輥道的啟動信號和低速度信號）經過Profibus－2送給指定的從站（2＃鋸前輥道逆變器）。期間傳動裝置也不停地將自身的狀態(tài)信息發(fā)給CP。

圖4 DP網絡示意圖

圖5為數(shù)據交換原理示意圖。

圖5 數(shù)據交換原理

在STEP7用戶程序中，兩個專用的FC塊可用于數(shù)據交換：DP－SEND：將CPU中的指定的DP數(shù)據區(qū)的數(shù)據發(fā)送到Profibus－CP的緩沖器，以便傳送給DP從站。DP－RECV：從DP從站中讀取數(shù)據，將Profibus－CP接收緩沖區(qū)的數(shù)據放入CPU指定的DP數(shù)據區(qū)中。

2.3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)配置分析

在實際應用中Profibus控制系統(tǒng)配置根據根據實際需要及經費情況，通常有下幾種結構類型：

1）結構類型I：以PLC或控制器做一類主站，不設監(jiān)控站，但調試階段配置一臺編程設備。這種結構類型，PLC或控制器完成總線通信管理、從站數(shù)據讀寫、從站遠程參數(shù)化工作。該類型在實際應用中用得較多成本低，一般適合小型控制系統(tǒng)，如液壓站控制系統(tǒng)。Ф340分廠中的液壓站、稀油站、矯直機、無損探傷機等的控制網絡屬于該類型。

2）結構類型II：以PLC或控制器做一類主站，監(jiān)控站通過串口與PLC一對一的連接。這種結構類型，監(jiān)控站不在Profibus網上，不是二類主站，不能直接讀取從站數(shù)據和完成遠程參數(shù)化工作。監(jiān)控站所需的從站數(shù)據只能從PLC或控制器中讀取。

3）結構類型III：以PLC或其它控制器做一類主站，監(jiān)控站（二類主站）連接Profibus總線或工業(yè)以太網上。這種結構類型，監(jiān)控站在Profibus網或以太網上作為二類主站，可完成遠程編程、參數(shù)化及在線監(jiān)控功能。精整線的基礎自動化控制系統(tǒng)、管坯據和管排鋸的控制系統(tǒng)屬該類。

4）結構類型IV：使用PC機加Profibus網卡做一類主站，監(jiān)控站與一類主站一體化。這是一個低成本方案，但PC機應選用具有高可靠性、能長時間連續(xù)運行的工業(yè)級PC機。對于這種結構類型，PC機故障將導致整個系統(tǒng)癱瘓。實際生產中應用得很少。

由于精整線設計時就是24小時連續(xù)作業(yè)，在系統(tǒng)配置時選用結構類型III以考慮到平時點檢維護的需要。精整1號線4條DP網絡比較規(guī)范，Profibus1上掛的全是現(xiàn)場I／O遠程站，PLC主站只需對其編址不需編寫通訊程序。Profibus2上掛的全是智能型從站其站點少，由于該網絡上所連的都是精整線的關鍵設備，通訊數(shù)據非常重要，因此不掛其它類型從站以保證網絡的穩(wěn)定。Profibus3和Profibus4上掛的全是變頻器，該網絡上可統(tǒng)一編址統(tǒng)一編寫通訊程序，通訊程序編寫簡單。這四條網絡物理連接上相互獨立，因此當一條網絡上出故障時不會影響另一條網絡上的通訊。

2.4 DP網絡通訊程序的編寫和故障診斷方法

2.4.1 DP網絡通訊程序的編寫

（1）CP342－5通訊模塊作DP主站時通訊程序的編寫對于CP342－5DP，必須用DP－SEND和DP－RECV功能塊，這些FC塊通過背板總線在CPU和CP之間傳送數(shù)據。如下所示：編程時可以完全自由地選擇源和目的區(qū)域。可以從數(shù)據塊、位存儲器和輸入輸出區(qū)域讀寫數(shù)據。精整一號線的Profibus3、Profibus4均可采用該編程方法。下圖為精整1號線5P的通訊程序。主站讀寫數(shù)據均在DB60中。CP342－5作從站時通訊程序編寫與作主站時一樣，這里不再敘述。

（2）CPU31x－2DPPLC作為主站或作從站時的編程這類網絡結構可采用直接尋址的編程方法，精整1號線的Profibus2屬該類型。直接尋址編程時主站就是將從站的外部輸入區(qū)域映像地址信息寫到指定的DP塊中，而從站則將DP塊中的數(shù)據地址傳寫到對應的外部輸出地址中。下為精整1號線主PLC與1號探傷機的通訊程序。LDB9．DBW10LPID700TPQW710TDB9．DBD0LPIW704TDB9．DBW4HY＿mastersedntoHY＿masterreceivefrom1＃tangshang1＃tangshang程序中均將輸入／輸出域的外部地址直接映射到DP9中。

（3）用SFC14和SFC15編程如果標準的DP從站也是模塊化的設計或者有幾個DP標志符，你只能一次訪問一個模塊或一個DP標志符的數(shù)據，這時需用SFC14從標準DP從站中讀取一致性數(shù)據和用SFC15向標準DP從站中寫入一致性數(shù)據來實現(xiàn)通訊。

2.4.2 DP網的故障診斷方法

（1）充分利用STEP7的在線診斷功能作故障診斷STEP7的在線診斷功能非常強大，能在線診斷各類型DP從站的故障并產生詳細的報文信息。在SETP7軟件的管理界面中用鼠標點擊選擇：“PLC＼ModuleInformation＼HardwareDi-agnostics”就可看到相應的故障診斷信息和報文。

（2）利用OB塊作故障分析在SIMATICNET系統(tǒng)中如果檢測到機架故障，子系統(tǒng)故障或分布式輸入輸出站故障，不管事故被定義為即將發(fā)生還是正在發(fā)生，CPU操作系統(tǒng)都會激活OB86。

表1

表1中臨時變量表示OB86已編寫好的不需用戶在編程，
一般只要將OB86下載PLC中就可以了。
OB86變量表中變量的含義如下：
OB86＿FLT＿ID:B＃16＃C4／／DP站連接失敗
OB86＿FLT＿ID:B＃16＃C5／／DP站故障
OB86＿MDL＿ADDR:DP主站的邏輯地址（診斷地址）
OB86＿RACKS＿FLTD:將數(shù)據轉化為DWORD內容
Bits0to7:DP站號（PROFIBUS地址）
Bits8to15:DP子系統(tǒng)識別符
Bits16to30:DP從站的邏輯地址（診斷地址）
Bit31:I／O標識符
在故障診斷時根據變量表中具體數(shù)值進行故障分析即可。

3 現(xiàn)場總線的抗干擾問題分析

3.1 工廠現(xiàn)場干擾源分析

不同行業(yè)車間的干擾源不一樣，軋鋼車間現(xiàn)場干擾源主要有以下幾種：

1）傳動裝置，傳動系統(tǒng)是軋鋼車間最大的干擾源。傳動系統(tǒng)的總負荷約占造紙車間總負荷的2／3以上。在系統(tǒng)的整流和逆變中，大功率電力電子元器件(IGBT等)高速開和關轉換產生大量的高頻電磁波污染整個車間，且產生大量高次諧波污染工頻電網。