基于ProfiNet網絡的汽車生產線自動控制系統(tǒng)設計

黃鈺婷

摘 要：汽車生產線通常采用PLC進行自動控制，為了保證生產線的安全高效運行，設計了基于ProfiNet網絡通信的西門子PLC控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了控制器和外圍設備之間快速的實時數(shù)據(jù)交換以及同步控制。

關鍵詞：ProfiNet；汽車生產線；PLC

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.14.096

ProfiNet是面向所有自動化任務而制定的通用標準，能在復雜的環(huán)境下工作，克服各種電磁干擾以及惡劣的環(huán)境因素。汽車生產線控制過程是連續(xù)的，需要長時間的穩(wěn)定工作，而ProfiNet適用于各種網絡結構，通過互聯(lián)網可以在世界各地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的訪問，提供最佳組態(tài)和診斷的所有功能，能夠在故障出現(xiàn)后進行快速定位，保證生產線的流水作業(yè)高效進行。

1 系統(tǒng)硬件設計

1.1 網絡拓撲結構

汽車自動生產線控制器所采用的PLC為西門子S7-300系列，系統(tǒng)的網絡拓撲結構如圖1所示。人機界面、PLC與上位機控制器通過交換機采用PROFINET網絡實現(xiàn)實時可靠的通信。由于S7-300系列PLC CPU不具有PROFINET網絡接口，故采用CP343通信模塊連接網絡，再通過分布式I/O ET-200S作為從站，控制自動線實現(xiàn)各系統(tǒng)功能。

圖1 網絡拓撲結構

1.2 硬件系統(tǒng)結構

硬件系統(tǒng)結構中，PC與HMI為管理層，S7-300PLC為主站，控制分布式I/O從站，維護人員通過監(jiān)控畫面實時監(jiān)測系統(tǒng)運行情況，管理層與分布在現(xiàn)場的各個從站通過PROFINET網絡實現(xiàn)通信，主要是從PLC控制器中讀取從站故障報警錯誤，當系統(tǒng)運行出現(xiàn)故障時，能夠實現(xiàn)快速定位，準確查找的功能。在每個獨立的控制系統(tǒng)中都有一個CPU313模塊，每個CPU模塊又帶有通信模塊CP343，將多個獨立的智能從站連接到網絡中，實現(xiàn)整個自動線控制系統(tǒng)的全面通信。

2 軟件程序設計

2.1 系統(tǒng)組態(tài)

應用博圖V13 step7進行組態(tài)。首先添加CPU模塊，將CP343-1通信模塊連接到網絡中，再添加從站ET200S，給ET200S分配主站，然后依次添加ET200S的組件，電源模塊以及各信號模塊。將CP343-1作為通信主站，需要設置網絡IP地址和通信速率等參數(shù)。

2.2 系統(tǒng)PLC程序設計

在OB1中編寫系統(tǒng)循環(huán)調用的主程序，需要調用PNIO-SEND和PNIO-RECV模塊實現(xiàn)主站和從站之間的相互控制輸出。編寫符號表，將系統(tǒng)各I/O點與實際原件相對應。汽車自動生產線由輸送站控制系統(tǒng)、指示燈控制系統(tǒng)、行車機構控制系統(tǒng)、循跡搬運車控制系統(tǒng)、升降機控制系統(tǒng)、搬運機械手控制系統(tǒng)和堆垛解垛控制系統(tǒng)組成。針對每個單獨的控制系統(tǒng)，分別建立功能塊FB實現(xiàn)每個系統(tǒng)的獨立控制功能，在建立FB塊時要分配數(shù)據(jù)塊DB用于存儲系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，使用DB塊之前要設置其存儲類型，所屬FB塊以及大小等參數(shù)。將設計好后的各FB塊在主程序塊OB1中調用，依據(jù)自動線系統(tǒng)的邏輯順序實現(xiàn)輸送、搬運、暫存、協(xié)調生產的過程。編譯無誤后將系統(tǒng)組態(tài)和各系統(tǒng)功能塊分別下載到PLC控制器中運行。

3 人機監(jiān)控界面設計

HMI監(jiān)控界面同樣采用博圖V13軟件中的WINCC來設計。首先將專用的驅動程序添加到組態(tài)中，新建一個I/O設備連接，同時設定PLC屬性。然后設計WINCC監(jiān)控界面，在軟件數(shù)據(jù)庫中對數(shù)據(jù)進行組態(tài)，當從站各系統(tǒng)功能出現(xiàn)故障時，通過網絡通信接收故障點的信息，以便維修人員進行現(xiàn)場作業(yè)。

4 結束語

基于ProfiNet網絡的汽車生產線自動控制系統(tǒng)，能夠對各從站系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)控和信息反饋，可以快速的定位故障位置，以便于維修人員進行進行檢測和維護。ProfiNet網絡相比于傳統(tǒng)的MPI通信具有環(huán)境適應性高，安全可靠，故障恢復時間短等特點，能夠降低維修診斷成本，提高車間生產效率。

參考文獻

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