基于PROFIBUS总线的车牌半成品自动化生产线控制系统设计
日期：2008-5-8 18:59:24 来源：《PLC&FA》
点击： 作者：未知
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1 引言
随着我国汽车普及率的提高对车牌的需求量也越来越大，相应的也增大了对车牌半成品的需求。目前，车牌半成品的生产虽然实现了机械化和部分自动化，但主导生产效率和质量的关键环节，仍是以人工操作为主，尤其是在工艺要求较高的铝带贴膜工序，不仅占用人力多，劳动强度大，而且贴膜的质量也很难得到保证。显然，这种生产方式不能满足车牌需求量发展趋势的要求。
引入网络控制技术，实现了工业网络与企业网络的无缝链接，便于企业管理者对生产情况的监控，可以使管理者不必亲临现场即可了解整个生产线的运作。车牌半成品自动生产线的研制将从根本上提高车牌半成品的生产效率与生产质量，对于生产车牌半成品的企业有着实际的应用价值，将使企业效益达到最大化。因此，本文题材的车牌半成品生产线将有着升值空间和现实意义。
2 网络控制系统概述
现场总线[1-2]是链接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统，主要解决工业现场的智能化仪表、控制器、执行机构等现场设备的数字通信以及这些现场控制系统间的信息传递问题。profibus是目前国际上通用的现场总线标准，在世界范围内得到广泛的应用。profibus协议结构[3-4]如图1所示。
图1 profibus 协议结构
profibus-dp是一种高速低成本通信，用于单元级控制系统与分散式i/o的通信，用于现场级快速高效的数据交换。中央自动化设备（如plc/pc或过程控制系统）通过快速串行连接与分散的现场设备（如i/o、驱动器和阀门、测量变送器等）进行通信。
车牌半成品自动生产线使用了单主站网络控制系统[5]。以profibus总线为基准，将控制系统分为两级：
第一级为设备控制级，主要由s7-200plc配置相应的扩展模块构成，负责完成对底层设备如：变送器、阀门、电机、变频器等的控制，并实现变速送料、贴膜控制、开卷矫直以及同步牵引控制等控制功能。
第二级控制为过程控制级，由一台s7-300plc及触摸屏组成，这一级主要是通过协调设备控制级的s7-200plc完成车牌半成品生产线的启动运行、及停机过程控制及下游设备状态的采集，并通过触摸屏实现工艺流程画面显示、报警、历史记录、实时显示、参数设置等功能。
3 硬件设计配置和网络组态
系统选用s7-300 313c-2dp作为dp一类主站；采用由s7-200系列plc cpu226接dp接口模块em277的方式作为dp从站，以profibus-dp网络的方式构成一个单主站系统。pc机带simatic step7软件通过313c-2dp的mpi通讯口，完成系统的编程、参数化及在线监控功能。设备控制级系统以s7-200 plc为控制核心，由plc配合em277（profibus-dp通讯模块）、em235(8do数字量输出模块)、em232（4ao模拟量输出模块）、em235(4ai/ao模拟量输入输出模块)等扩展模块构成。负责完成对底层设备如：变送器、阀门、电机、伺服驱动器、变频器等的控制，从而实现车牌半成品生产线的变速送料、贴膜过程的反光膜收放卷的张力控制、开卷矫直及同步牵引等控制功能。硬件结构框图如图2所示。
图2 硬件控制连接框图
profibus-dp网络的除了需要进行正确的物理链接之外，还要对整个网络进行组态，也就是多网络进行逻辑上的连接。这种逻辑上的组态要与实际的物理连接相同，否则整个网络将无法工作。profibus的组态工作主要是硬件配置和网络组态，硬件配置主要是确定各个网络节点的模块配置[6]。
本系统的硬件配置和组态工作主要是西门子公司的plc编程软件simtic step7的hw config硬件组态模块中完成[7]。将系统中dp主站313c-2dp的地址设为9，三个em277从站的地址分别设置为6、7、8，以上dp地址设置须与现场plc拨码开关对应的dp地址相同。网络的通讯数率设置为1.5mpbs，通过step 7软件多系统进行的profibus总线硬件组态如图3所示。
图3 硬件组态图
4 profibus网络通信程序设计
profibus网络通信程序的编写主要涉及两部分，即：主站通信程序的编写与从站程序的编写，分别在s-300 313c-2dp和s7-200 cpu 226中完成。
4.1 主站cpu313c-2dp通信程序
s7-300plc-2dp中的通信程序主要完成的是对本地i/o和远程i/o的读写。对cpu 226的i/o模块，主要是通过em277在cpu 226中以v变量存储区为中介进行数据交换，在313c-2dp中仍和访问本地i/o单元一样。主站可以与个从站进行通信，下传相关的运行参数，并通过设备控制级采集底层设备状态，根据设备控制级上传设备状态，协调个从站的动作顺序，进行正确的启动与停止过程控制，与触摸屏进行实时交互操作。以收卷过程控制为例，主站主控流程分别图如图4所示。
图4 主站主控程序流程图
4.2 从站cpu 226通信程序
本控制系统中，采用cpu 226接em277通讯扩展模块的方式构成dp从站，需通过step 7 microwin32软件为cpu 226编写相应的程序。与其他方式的从站不同的是，em277模块不仅仅能传输i/o数据，它还能读写s7-200cpu中定义的变量数据区（v memory）,这样用户便能与主站交换任何的数据。系统中每个em277模块的dp输入输出缓冲区都对应这一块主站为cpu 226指定的v存储区，只要数据移到cpu226中的该处变量区，就可将输入输出量、计数值、定时器值或其他计算值传送到主站。从主站来的数据存储cpu 226中对应的v存储区内，并可移到其他的数据区。从站的主控程序主要完成系统手动/自动/单机状态的切换及对故障的报警检测等子程序的调用，从站程序流程图如5所示。
图5 从站的主控程序流程图
5 结束语
基于profibus 现场总线设计的车牌半成品自动生产线网络控制系统, 在国内首次实现了车牌半成品的全自动化生产, 从根本上提高了生产效率与生产质量, 对于生产车牌半成品的企业有着实际的应用价值, 将使企业效益达到最大化。此生产线控制系统现已投入试运行, 系统运行情况良好。
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1 引言
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随着我国汽车普及率的提高对车牌的需求量也越来越大，相应的也增大了对车牌半成品的需求。目前，车牌半成品的生产虽然实现了机械化和部分自动化，但主导生产效率和质量的关键环节，仍是以人工操作为主，尤其是在工艺要求较高的铝带贴膜工序，不仅占用人力多，劳动强度大，而且贴膜的质量也很难得到保证。显然，这种生产方式不能满足车牌需求量发展趋势的要求。
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图1 profibus 协议结构
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profibus-dp是一种高速低成本通信，用于单元级控制系统与分散式i/o的通信，用于现场级快速高效的数据交换。中央自动化设备（如plc/pc或过程控制系统）通过快速串行连接与分散的现场设备（如i/o、驱动器和阀门、测量变送器等）进行通信。
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第一级为设备控制级，主要由s7-200plc配置相应的扩展模块构成，负责完成对底层设备如：变送器、阀门、电机、变频器等的控制，并实现变速送料、贴膜控制、开卷矫直以及同步牵引控制等控制功能。
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第二级控制为过程控制级，由一台s7-300plc及触摸屏组成，这一级主要是通过协调设备控制级的s7-200plc完成车牌半成品生产线的启动运行、及停机过程控制及下游设备状态的采集，并通过触摸屏实现工艺流程画面显示、报警、历史记录、实时显示、参数设置等功能。
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系统选用s7-300 313c-2dp作为dp一类主站；采用由s7-200系列plc cpu226接dp接口模块em277的方式作为dp从站，以profibus-dp网络的方式构成一个单主站系统。pc机带simatic step7软件通过313c-2dp的mpi通讯口，完成系统的编程、参数化及在线监控功能。设备控制级系统以s7-200 plc为控制核心，由plc配合em277（profibus-dp通讯模块）、em235(8do数字量输出模块)、em232（4ao模拟量输出模块）、em235(4ai/ao模拟量输入输出模块)等扩展模块构成。负责完成对底层设备如：变送器、阀门、电机、伺服驱动器、变频器等的控制，从而实现车牌半成品生产线的变速送料、贴膜过程的反光膜收放卷的张力控制、开卷矫直及同步牵引等控制功能。硬件结构框图如图2所示。
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profibus-dp网络的除了需要进行正确的物理链接之外，还要对整个网络进行组态，也就是多网络进行逻辑上的连接。这种逻辑上的组态要与实际的物理连接相同，否则整个网络将无法工作。profibus的组态工作主要是硬件配置和网络组态，硬件配置主要是确定各个网络节点的模块配置[6]。
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本系统的硬件配置和组态工作主要是西门子公司的plc编程软件simtic step7的hw config硬件组态模块中完成[7]。将系统中dp主站313c-2dp的地址设为9，三个em277从站的地址分别设置为6、7、8，以上dp地址设置须与现场plc拨码开关对应的dp地址相同。网络的通讯数率设置为1.5mpbs，通过step 7软件多系统进行的profibus总线硬件组态如图3所示。
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图3 硬件组态图
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4 profibus网络通信程序设计
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profibus网络通信程序的编写主要涉及两部分，即：主站通信程序的编写与从站程序的编写，分别在s-300 313c-2dp和s7-200 cpu 226中完成。
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4.1 主站cpu313c-2dp通信程序
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s7-300plc-2dp中的通信程序主要完成的是对本地i/o和远程i/o的读写。对cpu 226的i/o模块，主要是通过em277在cpu 226中以v变量存储区为中介进行数据交换，在313c-2dp中仍和访问本地i/o单元一样。主站可以与个从站进行通信，下传相关的运行参数，并通过设备控制级采集底层设备状态，根据设备控制级上传设备状态，协调个从站的动作顺序，进行正确的启动与停止过程控制，与触摸屏进行实时交互操作。以收卷过程控制为例，主站主控流程分别图如图4所示。
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图4 主站主控程序流程图
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4.2 从站cpu 226通信程序
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