PROFIBUS-DP现场总线在磨床改造中的应用

1 引言

宝钢2050 热轧磨辊车间装备的数控轧辊磨床是1988 年从德国WALDR ICH SIEGEN公司引进的。使用至今其控制系统各部件已逐步老化, 不仅故障率高而且性能下降,已经严重影响了轧辊的磨削精度和磨削效率。为了更好地满足轧线对轧辊质量的要求, 对磨床进行了全面改造,在这次改造中使用了目前在工业控制领域使用的PROFIBUS现场总线技术,这一技术的运用使得磨床基础自动化系统更为简洁实用。

2 PROFIBUS现场总线技术简介

2.1　PROFIBUS - DP概述

PROFIBUS是近年较为流行的工业现场总线,也是目前数据传输率较快的一种现场总线,其最高传输速率可达12Mbit/s。PROFIBUS现场总线由PROFI2BUS-FMS（现场总线信息规范）、PROFIBUS-PA（过程自动化）和PROFIBUS-DP（分布式I/O）3个兼容部分组成。其中应用最广泛的是PROFIBUS-DP总线,它是一种高速的设备级网络,主要用于中央控制单元与分散的I/O之间的通信,PROFIBUS-DP现场总线不仅可以取代24VDC或4～20mA信号的传输,而且可以满足交直流调速系统快速响应的时间要求。在这次2050磨床电气改造中所采用的就是 PROFIBUS-DP现场总线。

2.2　PROFIBUS - DP采用的网络协议及传输技术

PROFIBUS-DP采用的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础,所不同的是PROFI2BUS-DP只使用了第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和用户接口,第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。

RS - 485传输是PROF IBUS最常用的一种传输技术。这种技术的基本特征:

·网络拓扑: 线性总线, 两端有有源的总线终端电阻。

·传输速率: 916 k b it / s～12M bit/ s。

·介质: 屏蔽双绞电缆, 也可取消屏蔽, 取决于环境条件（ EMC） 。

·站点数: 每分段32 个站（不带中继） , 可多到127个站（带中继）。

·插头连接: 使用9 针D型插头。

2.3　PROFIBUS - DP的基本硬件配置

一个典型的PROFIBUS - DP 系统通常由以下三种类型的设备组成:

（1） 一级DP主站（DPM1 ） : 一级DP主站是中央控制器,它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站） 交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。

（2） 二级DP主站（DPM2 ） : 二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板,在DP系统组态操作时使用, 完成系统操作和监视目的。

（3） DP 从站: DP 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（ I/O 设备、驱动器、阀门等）。

3　改造后磨床数控系统及其组建方法

3.1　改造后磨床数控系统的结构和硬件配置

改造后磨床的数控系统采用现场总线技术, 用一根通信电缆代替了大量的I/O电缆, 用数字化的通信代替了4～20mA /24VDC 信号, 用于实现对现场设备的控制和监测。其数控系统的组成结构如图1所示。

                                   图1　基于PROF IBUS - DP的磨床数控系统结构图

整个PROFIBUS - DP网络由11个站组成, 其DP主站采用S7 - 400可编程控制器, 该可编程控制器所采用的 CPU 412 - 2DP配备有PROF IBUS - DP通讯端口, 可以组建多达127 个站点的PROF IBUS - DP现场总线网络。其余10个DP从站分别由ILC - 2000数控单元、ET200S分布式I/O 模块以及全数字直流变频器6RA70 和全数字交流驱动器611U 组成, 其中ET200S分布式I/O模块被安装在磨床的工件侧床身、往复台、上刀架和中央液压系统这4个部分。212　用S7 STEP 7软件组建磨床分布式I/O在S7 - 400 中, 不需要为现场总线编写通讯程序, 只要通过STEP 7软件包对DP主站和所有DP从站进行硬件组态, 统一分配地址即可。其基本步骤如下:

（ 1） 对DP主站进行硬件组态组态时只要从硬件目录表中选择需要的电源模块、CPU模块（注意选择带有PROF IBUS - DP 网络接口的CPU, 例如CPU 412 - 2DP） 、I/O 模块等并将其拖到相应的槽位即可。

（ 2） 对DP主站系统进行组态首先插入DP主站系统（DPMaster System）, 然后从硬件目录中选择需要的从站模块, 用鼠标将其拖放到DP主站系统即可。如果在硬件目录中没有找到所需的模块, 就需要安装该模块所对应的1GSE文件, 该文件包含了从站模块的所有信息。如果作为从站的模块不是SIEMENS产品, 其生产厂家通常会提供该文件。

（ 3） 设置各站点在PROF IBUS - DP中的地址DP主站和子站的地址可以任意指定, 只要不重复、不超出范围即可。

由于在上述硬件组态过程中已经解决了网络的通讯问题, 所以在编程时无须考虑通讯问题, 只要象对一台PLC那样对所有I/O地址编程即可。由此可见使用PROFIBUS - DP 现场总线具有“硬件分散, 软件集中”的特点。