基于PROFIBUS現場總線的復卷機電控系統設計

3 網絡硬件組態

　　PROFIBUS-DP網絡的拓撲結構口[3]有3種：純主一從、主一主、多主一從混合系統。主站有：PLC、PC機、PG編程器、OP操作面板等；從站主要有：變頻器、遠程I/O、PLC等設備。由圖2可知，該復卷機系統是多主一從混合系統，因此整個網絡的硬件組態包括3部分：主站組態、從站組態、OP面板組態。

　　主站選用S7-300 PLC，CPU選用315-2DP，該CPU有2個DP接口，1個可設置成MPI口，用于與上位機和PG編程器的通信，另外一個DP口用于PROFIBUS-DP網絡通信用。OP270面板自身帶有DP口可以掛在總線上，變頻器通過PROFIBUS通信卡CBP2和網絡相連，實現與PLC和OP面板的通信。

　　3.1 主站組態

　　主站是以網絡組態的方式組態的。在STEP7中創建一個新項目，插入一個S7-300站，在進行硬件組態時選擇PLC的CPU型號為315-2DP，在組態PLC硬件時，當在機架中放置CPU時，產生一條總線，并設定主站地址為2，在進行網絡參數組態時設置傳輸速率為"1.5 Mb/s"，行規為"DP"，并將其設置為主站（DP Masller）。

　　3.2 從站組態

　　在PROFIBUS-DP選項中選擇IM153并拖到DP網絡上，地址設定為3，4，接著分配I/O地址。然后在PRO-FIBUS-DP選項中選擇"Vector Control DCUVC"，拖動連接到DP網絡上，并定義從站的地址為5。除組網設定地址和通信速率外，還需要組態變頻器的通信區。雙擊變頻器從站圖標，進入通信接口區。選擇PZD為"Enterlength"，通信方式根據復卷機傳送數據的要求，把MasterDrive的PPO類型設為PPO2，PKW的通信區起始地址為256，PZD的通信區起始地址為264。然后接著組態另一個從站，直至3個變頻器從站組態完畢。

　　3.3 OP面板在網絡中的組態

　　OP面板也可以作為從站接入DP網。但是OP面板本身要求的實時性較高，數據的修改需要及時發送。如果采用從站方式，系統數據的傳送方式是主站查詢方式，實時性不能滿足要求，因此采用主站的方式接入網絡，形成一個混合系統。OP面板在STEP7中只需要將OP面板圖標拖放到ROFIBUS網絡上，并設定地址缺省為1。這樣整個網絡系統就組態完成，如圖3所示。

4 PROFIBUS-DP網絡的通信方式

　　PROFIBUS-DP網絡通信包括兩個方面：PLC與變頻器和遠程I/O，PLC與OP面板之間的通信。主站之間的通信采用令牌方式，主站與從站之問采用主站順序查詢從站方式，從站不能訪問主站，從站之間也不能相互訪問。OP面板與變頻器和遠程I/O的通信通過PLC完成。

　　在系統中，主站通信主要是PLC與OP操作面板之間的數據傳輸。PLC屬于第一類主站，OP操作面板屬于第二類主站。由于采用令牌環方式，系統初始化時，PLC自動負責生成令牌，并對令牌的分配進行管理。擁有令牌的站點有權對總線控制，發送或讀取某個站點的數據。PLC首先將總線上的主站按站號大小排列形成一個遞加的序列，再將序列的第一個站點作為最后一個站點的下一站點，這樣就形成了一個邏輯環。

　　PLC與變頻器的通信是通過變頻器中插入的通信模塊CBP2板來實現的，ET200M是通過接口IM153連接在PROFIBUS-DP上與主站PLC進行通信，PLC主站周期性輪詢從站。PLC對ET2020M的操作與PLC本身集成的I/O口的操作一樣。PLC對變頻器從站讀寫通過調用S7-300 PLC內部的系統功能SFC14和SFC15實現。在組態時設定的PPO2有6個PZD字同時使用，用來發送控制字和電機給定頻率，接收變頻器狀態字和頻率返回值，監視變頻器的電壓、電流、電機轉矩、電機功率等參數；4個PKW字用來通過PROFIBUS-DP總線修改電機或變頻器參數。數據傳輸的幀結構如圖4所示。

5 結 語

　　這種基于現場總線的復卷機控制系統是一種先進的控制系統，由于該系統采用了現場總線和PLC技術組成的全數字化交流傳動控制系統，有效避免了干擾，提高了系統的控制精度，縮短了設備的安裝、調試周期。采用OP面板數字化操作，使操作簡單，能動態監控被控設備的運行過程和狀態，修改和設定工藝參數，了解報警信息，使維護更加方便，大大降低了工人的勞動強度，提高了生產效率和可靠性。