淺談基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)

王　振（西安捷通水射流技術(shù)應(yīng)用有限公司，陜西　西安　710119）

?

淺談基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)

王振（西安捷通水射流技術(shù)應(yīng)用有限公司，陜西西安710119）

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷推動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)得到較大的發(fā)展，逐漸向智能化與數(shù)字化趨勢(shì)轉(zhuǎn)變，有助于提升系統(tǒng)的運(yùn)作效率，減輕系統(tǒng)負(fù)荷。本文主要針對(duì)目前實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的Profibus-DP總線控制技術(shù)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用展開(kāi)研究。

Profibus-DP總線控制；機(jī)電一體化；現(xiàn)場(chǎng)總線

現(xiàn)場(chǎng)總線是一種連接現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備及自動(dòng)化系統(tǒng)的、具有開(kāi)放性和數(shù)字化的雙向多點(diǎn)通信基礎(chǔ)控制網(wǎng)絡(luò)。目前實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)總線有：CAN bus、DE-VICENET、Profibus、Interbus等，在這些不同協(xié)議形式的現(xiàn)場(chǎng)總線中，Profibus總線的應(yīng)用最為廣泛。

1　Profibus-DP總線控制概述

Profibus-DP總線控制是以ISO修訂的OSI標(biāo)準(zhǔn)七層參考模型作為基礎(chǔ)建立的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其主要對(duì)OSI標(biāo)準(zhǔn)第三層到第六層協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化，從而具備更高的適應(yīng)力，能夠在實(shí)際生產(chǎn)以及加工制造等方面起到較好的應(yīng)用效果。Profibus-DP總線控制的主要特征為：①開(kāi)放性。Profibus-DP總線控制具備較好的公開(kāi)性，才能夠?qū)崿F(xiàn)不同生產(chǎn)廠商制造設(shè)備之間的信息交流，并且個(gè)人用戶也能夠根據(jù)自身的需求對(duì)不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備進(jìn)行重新調(diào)整，進(jìn)而滿足自身的需求。②操作性。由于Profibus-DP總線控制需要實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備、不同系統(tǒng)之間以及設(shè)備與系統(tǒng)之間的信息交流，同時(shí)也需要在不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備之間進(jìn)行相互交換，進(jìn)而提升系統(tǒng)的可操作性。③高度分散性。Profibus-DP總線控制具備較高的分散性，其通過(guò)與DCS集中與分散控制系統(tǒng)相結(jié)合，進(jìn)而完善了Profibus-DP總線控制系統(tǒng)的功能，促使系統(tǒng)運(yùn)作更加簡(jiǎn)單，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。④數(shù)字化。Profibus-DP總線控制系統(tǒng)中的隔層以及不同層次之間的總線均采用數(shù)字化技術(shù)，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托省?/p>

2　基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)

2.1Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要選擇SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300服務(wù)器為主站，同時(shí)配備S7-200服務(wù)器及變頻器為下位機(jī)，并在該系統(tǒng)中采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控。通過(guò)自動(dòng)化監(jiān)控技術(shù)對(duì)一體化系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控與管理，并由Profibus-DP總線及下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各單元的連接與操控。

機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要構(gòu)成為備料單元和倉(cāng)儲(chǔ)單元等八個(gè)從站。備料單元中主要通過(guò)Profibus總線和PPI電纜將觸摸屏、CPU315、EM277、CPU226以及個(gè)人計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)；而倉(cāng)儲(chǔ)單元?jiǎng)t通過(guò)Profibus總線電纜將EM277、CPU226以及個(gè)人計(jì)算機(jī)相互連接起來(lái)。通過(guò)八個(gè)從站的協(xié)同運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

Profibus-DP總線控制系統(tǒng)聯(lián)系生產(chǎn)各結(jié)構(gòu)為：站點(diǎn)1-上料單元、站點(diǎn)2-夾緊單元、站點(diǎn)3-沖壓?jiǎn)卧?、站點(diǎn)4-打磨拋光單元、站點(diǎn)5-涂裝單元、站點(diǎn)6-檢測(cè)單元、站點(diǎn)7-分離單元、站點(diǎn)8-入庫(kù)單元。站點(diǎn)1-4主要是進(jìn)行上料、夾緊、沖壓以及打磨拋光等工作；站點(diǎn)5能夠?qū)庸すぜM(jìn)行噴漆、加熱、散熱等工作，從而對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部溫度進(jìn)行控制；站點(diǎn) 6能夠?qū)庸ぎa(chǎn)品進(jìn)行全面檢測(cè)；站點(diǎn)7主要是進(jìn)行正品與廢品區(qū)別和分離；站點(diǎn)8主要是通過(guò)現(xiàn)代信息技術(shù)以及計(jì)算機(jī)編程，進(jìn)而完成對(duì)電機(jī)的控制以及成品的入庫(kù)。在此系統(tǒng)中，每個(gè)站點(diǎn)則通過(guò)同步帶進(jìn)行產(chǎn)品傳送，進(jìn)而使每個(gè)站點(diǎn)能夠獨(dú)立完成工作，同時(shí)將每個(gè)站點(diǎn)之間緊密相連，通過(guò)對(duì)各站點(diǎn)的檢測(cè)以及管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的高效控制。

Profibus-DP總線控制從控制類型上講，主要分為三個(gè)部分：環(huán)境控制、流程控制、多速控制。這三者之間的關(guān)系是：通過(guò)對(duì)多速控制的研究，將得到的內(nèi)部視圖給予環(huán)境控制，流程控制通過(guò)與環(huán)境控制的交流，將系統(tǒng)控制的影響因素反饋給流程控制，再由流程控制對(duì)多速控制的反饋進(jìn)行決策，并最終決定系統(tǒng)控制，這明確了每個(gè)部分之間的相關(guān)性以及職責(zé)范圍，對(duì)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)及構(gòu)建的行為結(jié)構(gòu)具有規(guī)范作用。多速控制是由流程控制進(jìn)行決定的，流程控制的基礎(chǔ)工作就是設(shè)計(jì)控制，設(shè)計(jì)控制的結(jié)果表述可分為兩種：①由流程控制給出的“決策”；②系統(tǒng)控制內(nèi)部元素及期間關(guān)系給出的“內(nèi)部視圖”。流程控制通過(guò)與環(huán)境控制的交流，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)的速度。多速控制之間不是常規(guī)的組件與組件間的經(jīng)由組件或接件的結(jié)束關(guān)系，而是更為常規(guī)的元素概念。

2.2Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)中存在的問(wèn)題分析

上面提及的傳統(tǒng)的Profibus-DP總線控制技術(shù)在學(xué)界被認(rèn)為是系統(tǒng)一體化解決方案的一種。機(jī)電一體化系統(tǒng)是利用Profibus-DP總線控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其主要應(yīng)用在管理以及系統(tǒng)中的管理中。在系統(tǒng)中的應(yīng)用的實(shí)質(zhì)就是一種系統(tǒng)一體化解決方案，其能夠讓多個(gè)系統(tǒng)連接到實(shí)際生產(chǎn)，為每個(gè)系統(tǒng)提供個(gè)性化系統(tǒng)環(huán)境。而在UNIX系統(tǒng)中也有應(yīng)用類似的技術(shù)，其具有X-windows系統(tǒng)的靈活性，同時(shí)具有VNC系統(tǒng)的優(yōu)越性，能夠讓系統(tǒng)得到個(gè)性化服務(wù)。但是這種系統(tǒng)虛擬及解決方案不具備較好的擴(kuò)展性，一臺(tái)服務(wù)對(duì)系統(tǒng)提供的設(shè)定參數(shù)數(shù)量是有限的，使用設(shè)定參數(shù)系統(tǒng)的CPU、IO以及網(wǎng)絡(luò)等方面會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)體驗(yàn)造成一定的影響，同時(shí)系統(tǒng)之間的隔離性不高；此外，不同操作系統(tǒng)無(wú)法同時(shí)運(yùn)行。

Profibus-DP總線控制技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比更加有效、安全，但是這種方法的弊端也比較突出，比如；這種方式的擴(kuò)展性不高，每位系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)是固定的，其只能在固定實(shí)際生產(chǎn)使用參數(shù)，而由于系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)是固定的，無(wú)法均衡計(jì)算負(fù)荷，若實(shí)際生產(chǎn)中使用設(shè)定參數(shù)的系統(tǒng)過(guò)度，而其他部分的系統(tǒng)少，導(dǎo)致計(jì)算資源沒(méi)有得到充分利用，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的使用性能造成一定的影響。解決該問(wèn)題的思路為：為計(jì)算機(jī)集群中的每一位系統(tǒng)配置一臺(tái)虛擬器，將設(shè)定參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給系統(tǒng)，在其中的虛擬機(jī)分配和部署中，系統(tǒng)是無(wú)法進(jìn)行控制的，虛擬機(jī)在系統(tǒng)程序的有效控制中，將集群內(nèi)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理分配，當(dāng)系統(tǒng)偏離設(shè)定參數(shù)時(shí)，能夠?qū)⑾到y(tǒng)的個(gè)人配置保持下來(lái)，并讓虛擬機(jī)離線，從而節(jié)省計(jì)算資源，這種方法具有較好的擴(kuò)張型和隔離性，同時(shí)能夠充分利用計(jì)算資源。

3　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用Profibus-DP總線控制技術(shù)，不同生產(chǎn)廠商的控制產(chǎn)品僅需要配置相應(yīng)的總線接口，就可實(shí)現(xiàn)主站與從站、從站與從站之間的通信，并且適用于高速及周期在毫秒級(jí)的數(shù)據(jù)傳輸和大規(guī)模復(fù)合通信場(chǎng)合。

［1］王 立，于 玲，趙艷菊，等.基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2013，29（6）：127～129.

［2］楊列彬.淺談基于Profibus-DP總線控制的機(jī)電一體化系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化裝備，2013，23（6）：222.

［3］韓佳鑫，單 冬.基于PROFIBUS-DP協(xié)議的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖控制方案［J］.機(jī)電一體化，2012，18（7）：45～47.

［4］滿海波，徐 敏.基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的磁選車間自動(dòng)化系統(tǒng)改造［J］.機(jī)電一體化，2013，15（5）：105～108.

［5］高宗貴，付文忠，王建國(guó)，等.PROFIBUS-DP和FM357-2在汽車儀表板發(fā)泡生產(chǎn)線上的應(yīng)用［J］.機(jī)電一體化，2013，14（12）：90～92.

［6］邢君平.基于PROFIBUS的智能電梯式立體車庫(kù)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力拖動(dòng)自動(dòng)化，2014，21（2）：75～76.

王 振（1981-），男，工程師，本科，主要從事自控設(shè)計(jì)方面的工作。

TH-39

A

2095-2066（2016）14-0026-02

2016-3-1