陳心赤

（重慶電子工程職業(yè)學(xué)院，重慶 401331）

1 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的特點(diǎn)

Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是集現(xiàn)代化的電子技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及微電子技術(shù)等為一體的控制方式。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)在結(jié)構(gòu)上主要可以分為三級(jí)網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從圖中可以看出Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主要分為工廠(chǎng)級(jí)、車(chē)間級(jí)以及現(xiàn)場(chǎng)級(jí)三個(gè)部分。其中處于最底層的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是整個(gè)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的重要組成部分，主要是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備以及工藝鏈進(jìn)行有效控制?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)的主要功能模塊包括遠(yuǎn)程Profibus-DPI/O模塊、接近開(kāi)關(guān)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及變頻器等。而在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)當(dāng)中PLC可編程控制器主要負(fù)責(zé)將底層的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)與中層的車(chē)間級(jí)相互連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)彼此間的信息傳輸。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)分為主站和從站，其中主站主要用來(lái)接收上級(jí)傳遞的指令，而從站則進(jìn)行確認(rèn)和執(zhí)行。首先在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)所有與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相連接的汽車(chē)制造設(shè)備的工藝流程以及操作程度都事先儲(chǔ)存在主站當(dāng)中，然后當(dāng)主站得到上級(jí)發(fā)送的指令后，再將其發(fā)送給與從站相連的生產(chǎn)設(shè)備上，從而完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制工作。但是在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)當(dāng)中，只有遠(yuǎn)程的I/O模塊以及變頻器具有Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的接口，因此要想實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)制造設(shè)備的有效控制，就需要通過(guò)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備以及分散式的I/O模塊進(jìn)行組網(wǎng)，此時(shí)分散式的I/O模塊就成為了連接汽車(chē)制造設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的橋梁，能夠?qū)⑺性O(shè)備有效的串聯(lián)起來(lái)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)一體化的控制操作。

處于中間層的車(chē)間級(jí)，主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的制造流程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，報(bào)告設(shè)備的故障信息以及后期維護(hù)功能，同時(shí)車(chē)間級(jí)還具有協(xié)助工廠(chǎng)級(jí)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度以及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)管理等功能。Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的車(chē)間級(jí)使用的是Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)將上層的工廠(chǎng)級(jí)與下層的現(xiàn)場(chǎng)級(jí)聯(lián)系在一起。

最高一層是在汽車(chē)制造廠(chǎng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立的工廠(chǎng)級(jí)，其作用主要是將汽車(chē)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)設(shè)備與企業(yè)辦公管理網(wǎng)絡(luò)相連接，從而能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的有效數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送給企業(yè)的管理層，為制定生產(chǎn)計(jì)劃以及戰(zhàn)略目標(biāo)提供可靠的理論數(shù)據(jù)。

2 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計(jì)

通過(guò)以上對(duì)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)以及功能進(jìn)行分析后，可以得出，Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)是一種將生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與企業(yè)管理有機(jī)融合在一起的先進(jìn)的控制技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的同時(shí)還能做到科學(xué)、有序的生產(chǎn)。以下就對(duì)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行具體分析：

1）Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的硬件設(shè)計(jì)

從圖1中可以看出，該系統(tǒng)的硬件主要包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站、PLC可編程控制器以及Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，其中現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站主要負(fù)責(zé)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的操作以及監(jiān)控；PLC可編程控制器則是對(duì)汽車(chē)生產(chǎn)車(chē)間的儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈進(jìn)行控制。每一個(gè)汽車(chē)制造車(chē)間儲(chǔ)運(yùn)鏈的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中各包含一個(gè)OP27操作控制臺(tái)以及Truck Profibus-DP IM80002遠(yuǎn)程數(shù)字輸入模塊和Profibus-DP OM80004遠(yuǎn)程數(shù)字輸出模塊。而每一個(gè)汽車(chē)制造車(chē)間工藝鏈的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中配備有變頻器以及遠(yuǎn)程數(shù)字輸入、輸出模塊，同時(shí)還具備DP接口以及故障診斷功能，方便現(xiàn)場(chǎng)控制的同時(shí)還能夠幫助后期的設(shè)備維護(hù)。

2）Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的軟件設(shè)計(jì)

本文研究的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用的軟件為WinCC（5.0SP1版），具有強(qiáng)大的分析處理功能、具有汽車(chē)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控畫(huà)面以及PLC可編程控制器的組態(tài)工具，而且WinCC（5.0SP1版）還自帶數(shù)據(jù)庫(kù)方便企業(yè)管理者隨時(shí)獲取所需要的數(shù)據(jù)信息；Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是 WindowsNT4.0；S7組態(tài)軟件為STEP7（5.1SP）。

3 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用

由于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)是Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)的重要組成部分，因此本文主要分析研究Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)對(duì)汽車(chē)制造設(shè)備的控制。在汽車(chē)制造過(guò)程當(dāng)中，儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈?zhǔn)莾蓚€(gè)基本環(huán)節(jié)。其中儲(chǔ)運(yùn)鏈?zhǔn)菍⑵?chē)元件運(yùn)輸?shù)娇傃b車(chē)間，而工藝鏈則是將汽車(chē)元件運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)加工工位。以下就對(duì)儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈的控制進(jìn)行分析研究：

1）儲(chǔ)運(yùn)鏈

由于儲(chǔ)運(yùn)鏈主要是將汽車(chē)元件運(yùn)輸?shù)娇傃b車(chē)間的生產(chǎn)流水線(xiàn)，因此Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)在執(zhí)行控制操作的過(guò)程中，必須要確保汽車(chē)元件按照工藝流程，合理地進(jìn)入工藝線(xiàn)，使整個(gè)汽車(chē)制造環(huán)節(jié)保持均勻順暢。儲(chǔ)運(yùn)鏈的啟動(dòng)和停止則是通過(guò)停止器來(lái)實(shí)現(xiàn)，停止器通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)設(shè)備的分散式的I/O模塊相連接，可以接收到上級(jí)發(fā)送的指令，從而有效地分配進(jìn)入總裝車(chē)間的汽車(chē)元件走向和數(shù)量。

汽車(chē)制造車(chē)間的儲(chǔ)運(yùn)鏈分為許多不同的區(qū)間，每一個(gè)區(qū)間的汽車(chē)元件容量以及順序都是固定的，因此Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)在執(zhí)行控制操作的過(guò)程中需要滿(mǎn)足以下要求：如果儲(chǔ)運(yùn)鏈的前一個(gè)區(qū)間已經(jīng)存滿(mǎn)汽車(chē)元件，此時(shí)位于其后的區(qū)間啟動(dòng)停止器，停止運(yùn)行避免汽車(chē)元件繼續(xù)進(jìn)入；如果前一個(gè)區(qū)間有空位時(shí)，位于其后的空間則關(guān)閉停止器，可以使汽車(chē)元件繼續(xù)進(jìn)入，直至前一個(gè)區(qū)間存滿(mǎn)為止。如果吊具通過(guò)儲(chǔ)運(yùn)鏈吊裝汽車(chē)元件時(shí)，為了避免對(duì)吊具造成損傷需要對(duì)停止器進(jìn)行封鎖。而對(duì)于噴漆車(chē)間與總裝車(chē)間交接處的停止器則有特殊的控制要求，由于噴漆車(chē)間與總裝車(chē)間的儲(chǔ)存鏈上的汽車(chē)元件會(huì)經(jīng)過(guò)該停止器，所以需要使用兩個(gè)儲(chǔ)運(yùn)鏈上的PLC可編程控制器分別進(jìn)行控制，而且與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)相連，然后通過(guò)Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)交換噴漆車(chē)間與總裝車(chē)間的儲(chǔ)存鏈上的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)停止器的有效控制。此外，儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈交接處的停止器也需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。儲(chǔ)運(yùn)鏈的運(yùn)行速度遠(yuǎn)大于工藝鏈，因此當(dāng)儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈進(jìn)行交接時(shí)，經(jīng)常會(huì)由于速度差造成工藝鏈上的汽車(chē)元件嚴(yán)重堆積的現(xiàn)象，所以這個(gè)位置的停止器在控制過(guò)程中需要根據(jù)汽車(chē)制造車(chē)間的實(shí)際情況以及儲(chǔ)運(yùn)鏈和工藝鏈軌道的分布以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮。

2）工藝鏈

工藝鏈主要是控制汽車(chē)元件以均勻的速度通過(guò)汽車(chē)制造流水線(xiàn)的各個(gè)裝配工位，工藝鏈的啟動(dòng)和停止主要是通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，變頻器與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)相連接。PLC可編程控制器通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)向變頻器發(fā)送指令，控制工藝鏈的啟動(dòng)、停止以及變速。此外，與工藝鏈配合的地板鏈也是由PLC可編程控制器通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)向變頻器發(fā)送指令的方式進(jìn)行控制的。值得注意的是與工藝鏈配合的地板鏈，其運(yùn)行速度必須和工藝鏈保持一致，以便于裝配工人進(jìn)行操作。在汽車(chē)制造車(chē)間中每一個(gè)控制柜上都安裝有一個(gè)OP27操作控制板并且通過(guò)Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)相連接，通過(guò)OP27操作控制板完成對(duì)儲(chǔ)運(yùn)鏈以及工藝鏈的各項(xiàng)基本控制?？偪刂剖抑兄饕ㄟ^(guò)工控制進(jìn)行操作，工控機(jī)通過(guò)PLC可編輯控制器中的插槽與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)的Profibus-FMS網(wǎng)絡(luò)相連接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噴漆車(chē)間與總裝車(chē)間的工藝鏈以及儲(chǔ)運(yùn)鏈的有效控制。

工藝鏈中的變頻器與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)相連接，從站地址通過(guò)變頻器的操作面板進(jìn)行設(shè)置，變頻器與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PPO）進(jìn)行的。參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PPO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)由參數(shù)PKW和過(guò)程數(shù)據(jù)PZD兩部分組成，其中參數(shù)PKW，主要的作用是用來(lái)控制和監(jiān)視參數(shù)，通常是由四個(gè)連續(xù)字節(jié)組成，首字定義任務(wù)識(shí)別碼（PKE）；第二個(gè)字定義了參數(shù)索引（IND）；第三個(gè)和第四個(gè)字定義了具體的參數(shù)值（PWE）；過(guò)程數(shù)據(jù)PZD主要包括任務(wù)以及應(yīng)答兩個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)任務(wù)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，過(guò)程數(shù)據(jù)PZD設(shè)定變頻器的控制字（STW），工作頻率（HSW）以及其他過(guò)程變量等，而對(duì)于應(yīng)答環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，過(guò)程數(shù)據(jù)PZD則復(fù)原變頻器的主要狀態(tài)（ZSW）、實(shí)際工作頻率（HIW）以及其它過(guò)程量等。參數(shù)過(guò)程數(shù)據(jù)對(duì)象（PPO）的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)共有五種類(lèi)型，即PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其中以PPO1為例分析其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 PPO1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要介紹了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的特點(diǎn)，并且研究了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的硬件構(gòu)成與軟件配置。然后對(duì)汽車(chē)制造生產(chǎn)過(guò)程中Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行具體分析，有效的提高汽車(chē)制造業(yè)的生產(chǎn)水平，而且通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷以及在線(xiàn)維護(hù)功能，極大的降低了汽車(chē)生產(chǎn)設(shè)備的故障維修時(shí)間以及成本，在保證汽車(chē)制造的安全性和可靠性的同時(shí)還能夠有效地降低產(chǎn)品成本。

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