王鳳剛，高志強(qiáng)

（1.一汽-大眾汽車有限公司，長(zhǎng)春 130011；2.西門子工廠自動(dòng)化工程有限公司，沈陽 110003）

1 引言

隨著制造業(yè)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化中分布式結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展，PROFIBUS（現(xiàn)場(chǎng)總線）的應(yīng)用日益廣泛。由于現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)了數(shù)字和模擬輸入/輸出、智能信號(hào)裝置和過程調(diào)節(jié)裝置與可編程邏輯控制器（PLC）和PC 之間的數(shù)據(jù)傳輸，所以可以把分布式I/O 安裝在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備附近，從而可以將整個(gè)系統(tǒng)的工程費(fèi)用、裝配費(fèi)用、硬件成本、設(shè)備調(diào)試和維修成本降到最低。

一汽-大眾發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋線由加工中心、輔機(jī)和料道/機(jī)械手組成，是一條全自動(dòng)機(jī)加生產(chǎn)線，這些設(shè)備均為數(shù)控設(shè)備，由格勞博（GROB）公司制造。線上各加工工位是加工中心，上下料由機(jī)械手完成，料道/機(jī)械手與加工中心之間的動(dòng)作協(xié)調(diào)通過通信，也就是PROFIBUS 通信來實(shí)現(xiàn)的。

2 PROFIBUS 簡(jiǎn)介

PROFIBUS 支持的通信協(xié)議有DP、FDL、S7、PA、FMS。

（1）DP：適合可編程邏輯控制器（PLC）與分布式I/O 之間的通信。它在PROFIBUS 通信中應(yīng)用最廣，它可以連接不同廠商的設(shè)備。

（2）FDL：用于S7的PLC 與PLC 之間的，S7 及S5PLC與PC 之間的主-主通信。

（3）S7：是S7PLC 基于MPI、PROFIBUS、ETHERNET網(wǎng)絡(luò)的一種優(yōu)化的通信協(xié)議，主要用于PLC 間的主-主通信和S7PLC 與HMI 間的通信。

（4）PA：使用擴(kuò)展的PROFIBUS-DP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它執(zhí)行規(guī)定現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備特性的PA 設(shè)備行規(guī)。

（5）FMS：用于PLC 與PLC 之間的主-主通信。

PROFIBUS 通信既可以使用PLC CPU的集成DP 接口也可使用由通信處理器擴(kuò)展的DP 接口，西門子S7-300的通信處理器為CP342-5，S7-400 使用的通信處理器為IM467 和CP443-5Extend。它們支持的協(xié)議不同，CP342-5支持：DP、FDL、S7。

實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小、實(shí)時(shí)性、控制工藝等要求選擇相應(yīng)的拓?fù)錂C(jī)構(gòu)和通信方式。

一汽-大眾發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋線上所有設(shè)備都是通過S7-300 CPU的集成DP 口連接I/O，通過CP342-5 擴(kuò)展的DP口彼此連接，見圖1。

圖1 缸蓋線PROFIBUS 通信示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋線料道/機(jī)械手與加工中心之間所使用的通信方式主要是DP 和FDL 通信，下面就結(jié)合實(shí)際應(yīng)用詳細(xì)地介紹這兩種通信方式。

3 DP 通信應(yīng)用分析

PROFIBUS 是一個(gè)令牌網(wǎng)絡(luò)，是由一個(gè)令牌主站和若干從站組成的主-從系統(tǒng)，DP 通信就是通過這個(gè)主站輪詢多個(gè)從站來實(shí)現(xiàn)的。

PLC 除了有本身集成的DP 口外，還可以利用通信模塊擴(kuò)展出另外的DP 口，擴(kuò)展DP 所占用的通信接口不是I區(qū)和Q 區(qū)，而是虛擬的通信區(qū)。

該缸蓋線上的AF30 工位由一臺(tái)龍門機(jī)械手和三臺(tái)加工中心組成，機(jī)械手需要知道加工中心是否加工完成、有無報(bào)警、是否需要上下料等，加工中心需要知道機(jī)械手是否已準(zhǔn)備好上下料，機(jī)械手與加工中心之間需要通信，它們之間的通信使用的是DP 方式。通信中以機(jī)械手作為主站，加工中心作為從站，相互通過通信模塊342-5 擴(kuò)展DP 口連接，機(jī)械手的PLC 硬件組態(tài)見圖2。

圖2 機(jī)械手的PLC 硬件組態(tài)

機(jī)械手為加工中心1 分配的CP342-5的地址為0-19,見圖3；為加工中心2 分配的地址為20..39；為加工中心3 分配的地址為40..59。這里機(jī)械手分配的地址是主站PLC的虛擬地址，而不是真正的I/O 地址。

作為從站的加工中心的硬件組態(tài)如圖4。

圖3 加工中心1中CP342-5的地址分配

圖4 加工中心的硬件組態(tài)

通信時(shí)，主站和從站都需要調(diào)用FC1（DP_SEND）和FC2（DP_RECV）來建立通信接口區(qū)。機(jī)床制造商在編程時(shí)將編號(hào)改為FC99（Send）和FC98（Receive），實(shí)際的PLC程序如下：

機(jī)械手-PLC 發(fā)送數(shù)據(jù)，則在機(jī)械手-PLC中編程：

機(jī)械手發(fā)送的是60個(gè)字節(jié)，加工中心1 接收的是前20個(gè)字節(jié)，因?yàn)樗木W(wǎng)絡(luò)地址是0..19；同樣加工中心2 接收的是機(jī)械手SEND的60個(gè)字節(jié)中間的20個(gè)字節(jié)；而加工中心3 接收的是機(jī)械手SEND的60個(gè)字節(jié)中后20個(gè)字節(jié)。反過來也是類似的，即每個(gè)加工中心發(fā)送20個(gè)字節(jié)，機(jī)械手接收60個(gè)字節(jié)，分別在各自的PLC 編程。

4 FDL 通信應(yīng)用分析

FDL 是主-主系統(tǒng)，即每個(gè)站都具有令牌功能，通信以令牌環(huán)的形式傳遞，每個(gè)FDL 站都可以與多個(gè)站點(diǎn)建立通信連接。FDL 通信也是通過調(diào)用發(fā)送和接收功能實(shí)現(xiàn)的，這里調(diào)用的是FC5（AG_SEND）和FC6（AG_RECV）。

FDL 可以實(shí)現(xiàn)的功能有SDA（發(fā)送數(shù)據(jù)并確認(rèn)）、SDN（發(fā)送數(shù)據(jù)無確認(rèn)），自由第二層、多點(diǎn)通信、廣播通信等。FDL 通信可以在同一個(gè)項(xiàng)目的PLC 之間實(shí)現(xiàn)，也可以在不同項(xiàng)目之間實(shí)現(xiàn)，適用于多個(gè)設(shè)計(jì)方多個(gè)設(shè)計(jì)人員的復(fù)雜項(xiàng)目。

機(jī)床的夾緊、完成信息、有件/無件情況、報(bào)警等信息是通過第一種DP 通信方式由加工中心傳輸給機(jī)械手，經(jīng)過PLC 處理后，轉(zhuǎn)化為畫面顯示在機(jī)械手的OP 上；這些畫面信息需要再?gòu)臋C(jī)械手送回加工中心，同步地顯示在加工中心的OP 上。為了達(dá)到這種目的，這里使用的另外一種通信方式是多點(diǎn)通信，即FDL 通信。

FDL 多點(diǎn)通信是以同一LSAP 訪問點(diǎn)為一組的分組廣播通信。而廣播通信是一個(gè)站可以向同一網(wǎng)絡(luò)上的所有站發(fā)送數(shù)據(jù)。擁有令牌的主站發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收采用SDN 方式，其它站點(diǎn)接收數(shù)據(jù)是無條件的。

在組態(tài)硬件時(shí)，分別在機(jī)械手和加工中心的NetPro中建立FDL 連接，見圖5。

圖5 機(jī)械手NetPro 設(shè)置

機(jī)床制造商在編程時(shí)將FC1 和FC2的編號(hào)改為FC95（Send）和FC94（Receive），實(shí)際的PLC 程序如下：

ID 地址，0001 是機(jī)械手與加工中心網(wǎng)絡(luò)通信握手的ID 地址。在機(jī)械手的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中是0001，在加工中心中此地址是15，見圖6。

加工中心-PLC 接收數(shù)據(jù)，故在此PLC中調(diào)用FC94

圖6 FDL 連接屬性

機(jī)械手會(huì)將235個(gè)字節(jié)分別發(fā)送到加工中心，加工中心接收這235個(gè)字節(jié)。這種通信傳輸?shù)膬?nèi)容是HMI的畫面信息，也就是機(jī)械手OP 上的HMI 畫面會(huì)同時(shí)傳遞給各個(gè)加工中心，各個(gè)加工中心的HMI 畫面狀態(tài)與機(jī)械手保持同步。

5 結(jié)語

PROFIBUS 通信的方式非常多，完全能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)的各種實(shí)際需求。一汽-大眾發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋線由德國(guó)機(jī)床公司設(shè)計(jì)制造，代表了當(dāng)今世界機(jī)床的先進(jìn)水平，本文詳細(xì)地分析了PROFIBUS 通信在他們的機(jī)床的應(yīng)用情況，希望能給國(guó)內(nèi)的機(jī)床方面的同行在設(shè)計(jì)和維修上帶來一點(diǎn)幫助。