基于ProfiBusDP总线的转向拉杆自动线系统的设计与实现

该型控制器是基于S120驱动平台的驱动控制系统，结构紧凑并且具有强大的控制功能，最多可以控制16根轴。运动控制和技术功能采用面向对象技术TOs(Technology Objects)实现的。其是通过开发环境配置来建立和实现参数化，在用户程序中通过调用命令来实现。

其通过Drive-CLiQ总线接口与Simanics S120。的其他模块进行数据交换，实现连接轴的运动控制。

4 控制系统的软件设计

整个控制系统的软件设计按照系统硬件设计结构可分为三部分：工程师站监控程序设计、S7-300PLC的程序设计、Simotion运动控制模块的运动控制程序设计。三部分程序通过ProfiBusDP总线实现相互之间数据交换，实现对整个生产线的自动控制。控制系统数据交换如图3所示。

图3控制系统数据交换示意图

4.1 工程师站监控程序设计

人机界面监控程序设计采用Wincc Flexible组态软件，采用SQL-server2005 for Wincc数据库支持整个项目的数据处理和管理任务。在组态软件中，完成人机界面数据和S7—300PLC中的数据地址的链接，在组态建立的HMI和PLC的连接中，实现HMI与PLC的数据传输，完成人机界面监控整个自动线的动作状态和伺服位置信息。监控程序的设计基于简洁，能显示自动线状态，便于整个自动线故障分析和诊断的原则，程序采用图片监控和VBS脚本结合的方式设计。自动线过程监控的四个工序车削工序、扩孔工序、攻丝工序、切槽工序以及其他装置的状态都以动态画面显示。主轴电机的转动，伺服电机的位置状态，各夹具状态，辅助设备电机的起动停止等状态采用VBS脚本语言方式编程实现。动态画面的实现，采用了图片属性中的显示属性，利用VBS脚本程序控制显示图片列表中的索引，实现画面的动态以及快慢显示。整个监控程序的软件结构如图4所示。

图4监控程序的软件结构示意图

显示动态画面的VBS脚本是由定时脉冲上升沿触发执行的。定时脉冲是由S7-300PLC提供的，通过定时调用脚本，计算整个自动线动作部分的状态参数，调用图形列表中不同索引的图片，实现对自动线生产状态的动态，直观显示。

4.2 PLC程序设计

PLC程序是基于西门子的软件开发环境Step7设计完成的。整个PLC程序分为硬件配置，逻辑程序设计两部分组成。配置S7-300PLC为整个网络的主站，地址设定为2，通信速率为1.5 Mbps，运动控制模块，人机界面模块，变频器，工程师站都设定为从站，从站地址按序排列。PLC的逻辑程序设计分为：辅助设备动作逻辑设计、系统通讯数据处理、通讯故障处理三部分。辅助设备动作逻辑按照生产工艺要求实现控制。PLC的数据读取是通过系统函数SFC65和SFC66来实现的，其代码实现如下：

对于在通讯中出现故障时，为了避免PLC进入stop状态，还必须处理通讯故障模块OB82，OB86，OBl22，保证即使网络中出现故障，PLC仍然处于运行状态。

4.3 Simotion运动控制程序设计

整个控制系统中的伺服轴和主轴都是通过simo．tion运动控制模块实现控制的。Simotion D425模块控制16个轴，分别是8个伺服轴和8个变频器驱动的主轴。Simotion运动控制程序是基于西门子的软件开发环境Scout设计完成的。整个程序设计分为：硬件组态、系统驱动识别、轴配置、通讯数据处理以及驱动任务方式分配。与S7-300PLC的程序设计一样，这里也必须做系统的硬件组态。

数据通讯部分调用内部发送函数_xsend，接收函数_xreeeive实现与S7-300PLC的数据交换。接收ProfiBus网络上HMI从站上设定的伺服电机运行位置和速度参数，主轴电机的速度参数以及运动控制命令信息，发送当前伺服电机实际位置和速度，主轴速度，运动模块故障状态信息。实现设备和操作人员之间的数据交互。

运动控制流程序的设计采用运动流程图结合ST文本编程的方式实现的。Simotion D425编程采用任务调用的方式控制轴运动，运动控制程序是被分配各不同类型的任务。用户程序任务(user program tasks)分为启动任务StartupTask，自由运行任务Mo．tionTasks和BackgroundTask，时间中断任务以及同步任务。在本系统中，采用启动任务负责初始化运动控制的各参数，轴运动控制是放置在MotionTasks这级，控制命令的逻辑处理放置在BackgroundTask循环执行任务中。伺服轴运动控制流程如图5所示。

图5伺服轴运动流程图

控制命令的逻辑处理采用ST文本编程，主要处理外部控制面板上发送的控制信号，按照设计调用不同的MotionTasks，实现运动控制。其程序代码如下所示：

在Simotion中，变频器驱动的主轴也是配置成轴，其程序控制基本与伺服轴的控制相似。此外考虑到运动控制中故障处理，还必须给系统中的Fault