PROFIBUS—DP总线在气动物流生产线中的应用

0 引言

气动系统具有快速、安全、可靠、低成本、无污染等优点。近年来，气动技术与微电子技术相结合，使得气动产业呈现新的生机，其发展呈急剧上升的趋势。如今气动系统已广泛应用于自动化生产线，如汽车生产线、钟表组装线、电子部件组装线及食品包装等行业中。

现场总线技术被誉为自动化领域的计算机局域网，是当今自动化领域技术发展的热点之一。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。现场总线技术的出现和发展，使得建构一种全数字、全分散、全开放的控制系统成为可能，导致了传统控制系统结构的变革。现场总线技术仍处在不断的发展中，现在已经出现了许多种现场总线标准，如PROFIBUS、FF、LonWorks、CAN、HART等。

1 PROFIBUS现场总线的特点

PROFIBUS是作为德国国家标准DINl9245和欧洲标准EN50170的现场总线，目前已成为中国国家标准GB厂r20540·2006的现场总线。由此可看出PROFIBUS在现场总线中的重要的地位。PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUS-DP、

PROFIBUS—FMS、PROFIBUS-PA3个兼容版本。支持主-从系统、纯主站系统、多主多从混合系统。其中PROFIBUS—DP(”适用于自动控制系统和设备级分散I／O之间的通信设计，在过程自动化领域有着广泛的运用。

PROFIBUS-DP总线是为高速设备分散控制或自动化控制而设计的，有比较高的数据传输率，特别适用于系统与外部设备之间的通信，远程I／O系统尤为合适。它允许高速度周期性的小批量数据通信，适用于对时间要求比较高的自动化场合。

PROFIBUS-DP总线上的设备一般为主站与从站配置，允许构成单主站或多主站系统。多主站系统一般对主站数量有一定的限制。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息，PROFmUS—DP还提供智能化现场设备所需的非周期性通信以进行组态、诊断和报警处理等。

PROFIBUS—DP协议结构定义了第一层、第二层和用户接口，对第三层到第七层未加描述。第一层为物理层，第二层为数据链层，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DP设备的行为。

2 物流生产线的构成

气动物流生产线由监控计算机、PROFIBUS总线适配卡、PLC(S7—300)、PROFIBUS—DP总线网络及执行机构组成，其系统结构如图1所示。分布在现场的PLC节点分别连接生产线的送料、检测、加工、提取和分拣单元，并通过PROFIBUS—DP通信接口与总线相连；监控计算机运行PLC编程软件SE聊和组态软件WINCC并通过总线适配卡和连接在PROFIBUS—DP总线网络上的各个单元的PLC之间进行实时通信，从而实现整个气动物流生产线的分散控制和集中监管。

图1气动物流生产线的总体结构

监控计算机选用的是普通计算机(PC)；总线适配卡选用的是CP56t3，用来完成现场总线与监控计算机之间的协议转换。各个控制节点之间通过专用屏蔽电缆互联构成PROFIBUS总线网络，总线两端连接PROFIBUS总线终端器，用来提高系统的稳定性、增强系统的抗干扰能力。

气动物流生产线中的气动控制元件选用CP型阀岛。其优点是结构紧凑，大大减少了气路布线的工作量，提高了操作的准确性和系统的可靠性。由CP阀构成的送料单元的气动控制回路如图2所示。可编程控制器(PLC)实现各单元的运行控制，计算机通过编程软件可以作为PLC的交互式编程器采用梯形图等编程语言对PLC进行编程和联机调试。本系统中采用S7—300 CPU315—2DP可编程序控制器作为每个工作单元的控制系统。各个单元的PLC通过PROFIBUS．DP总线构成分布式网络，进行信息传递，实现各单元之间的动作协调。

图2送料单元气动控制回路图

3 物流生产线的功能

气动物流生产线的执行部分由5个独立的单元组成，包括：送料单元、检测单元、加工单元、提取单元和分拣单元。整条生产线基本涵概了加工和检测一个工件的全部过程，体现了自动化生产线上物流、能量流和信息流的概念。

自动线上工件的形状是圆柱形。工件颜色分红色、白色和黑色3种。其中红色和黑色工件的材质是塑料的，白色工件的材质是铝合金的。工件毛坯的直径相同，但是高度不同，分22.5cm、25cm和27.5cm3种。但是，只有高度25cm的工件才是合格毛坯。

工件在自动线上的加工过程是：

(1)送料单元从料仓里分离出工件毛坯，用真空吸盘吸住，通过摆动气缸将工件毛坯放到下一站(检测单元)的检测平台。

(2)检测单元接收到送料单元送来的毛坯后，通过电感式和光电式传感器判断工件毛坯的材质和颜色，然后启动升降气缸将检测平台提起。在检测单元上部有一个位移传感器用来检测