摘 要：文章以汽車涂裝生產(chǎn)線為例，將涂裝車間生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)分為兩層網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)以太網(wǎng)+PROFIBUS 總線），三個層次（監(jiān)控層、控制層和設(shè)備層）。每個層次中使用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，以實現(xiàn)不同的功能。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS；總線；汽車涂裝生產(chǎn)線；工業(yè)以太網(wǎng)

1 概述

涂裝車間生產(chǎn)設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)主要采用“集中監(jiān)測，分散控制”的典型控制模式，依據(jù)這一原則，將整個涂裝車間生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)分為兩層網(wǎng)絡(luò)（工業(yè)以太網(wǎng)+PROFIBUS總線），三個層次（監(jiān)控層、控制層和設(shè)備層）。每個層次中使用不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及軟硬件配置，以實現(xiàn)不同的功能。結(jié)合目前國際、國內(nèi)自動化水平和汽車行業(yè)的實際運作方式，選擇在業(yè)內(nèi)應用成熟，技術(shù)先進可靠，功能實用的工業(yè)以太網(wǎng)+PROFIBUS總線控制。

2 PROFIBUS現(xiàn)場總線的特點

PROFIBUS根據(jù)應用特點分為PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA等三個兼容版本，支持主從系統(tǒng)、純主站系統(tǒng)、多主多從混合系統(tǒng)。

PROFIBUS-DP適用于自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間的通信設(shè)計，在過程自動化領(lǐng)域廣泛運用。該總線有比較高的數(shù)據(jù)傳輸率，特別適用于系統(tǒng)與外部設(shè)備之間的通信，遠程I/O系統(tǒng)尤為合適。它允許高速周期性的小批量數(shù)據(jù)通信，適用于對時間要求比較高的自動化場合。總線上的設(shè)備一般為主站與從站配置，允許構(gòu)成單主站或多主站系統(tǒng)。多主站系統(tǒng)一般對主站數(shù)量有一定限制，主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息，PROFIBUS-DP還提供智能化現(xiàn)場設(shè)備所需的非周期性通信以進行組態(tài)、診斷和報警處理等。

PROFIBUS-DP協(xié)議結(jié)構(gòu)定義了第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈層和用戶接口。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應用功能，并詳細說明了各種不同DP設(shè)備的行為，對第三至第七層未加描述。

3 涂裝生產(chǎn)線的組成結(jié)構(gòu)

（1）工業(yè)以太網(wǎng)。由兩臺監(jiān)控計算機、7臺工業(yè)交換機采用光纖通信與現(xiàn)場設(shè)備（PLC）、SIMATIC WINCC監(jiān)控系統(tǒng)組成一個局域網(wǎng)，對車間內(nèi)各個PLC的運行信息向計算機監(jiān)視系統(tǒng)傳送的數(shù)據(jù)進行實時采集和集中監(jiān)測，形成一個完整可靠的中控系統(tǒng)。（2）PROFIBUS總線。涂裝車間自動化生產(chǎn)線主要由監(jiān)控計算機、PROFIBUS總線適配卡、PLC（S7-300）、PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)組成。

4 PROFIBUS總線的應用

PROFIBUS總線在汽車涂裝生產(chǎn)線主要運用于輸送系統(tǒng)、AVI識別控制系統(tǒng)及現(xiàn)場變頻器通信。輸送系統(tǒng)分布在整個涂裝車間，控制比較分散。按照輸送方式可分為：滑橇輸送系統(tǒng)（1～4）、前處理懸掛鏈輸送系統(tǒng)及噴膠摩擦式懸掛輸送系統(tǒng)。以滑橇輸送系統(tǒng)2 為例，其控制系統(tǒng)如下。

PROFIBUS-DP遠程I/O網(wǎng)絡(luò)組態(tài)：PLC CPU319-3PN/DP，Y遠程I/O終端模塊選用的是ET200S的IM151-1HF模塊，訂貨號為6ES7-151-1BA02-0AB0。在組態(tài)通信網(wǎng)絡(luò)之前應將遠程I/O模塊依次固定安裝在導軌之上，然后再組建網(wǎng)絡(luò)。

（1）創(chuàng)建一個項目，填入名稱HQ-2，單擊確定，出現(xiàn)組態(tài)畫面。單擊項目名稱前面的+號，選中SIMATIC300。然后雙擊SIMATIC300＼RACK-300，將機架（RAIL）拖入到左邊空白處生成空機架。

（2）配置主站，雙擊HQ-2的“硬件”，進行硬件組態(tài)，依次將電源、CPU和各種所需的模塊插入機架里。雙擊“MPI/DP”接口，新建一條PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)定PROFI-BUS網(wǎng)絡(luò)主站地址（設(shè)為2），選擇網(wǎng)絡(luò)的通信速率1.5Mbit/s和DP行規(guī)。將分布式I/OET200S掛接到主站的PROFIBUS-DP的電纜上。根據(jù)IM151-1物理模塊上的實際地址（由模塊上的撥碼開關(guān)設(shè)定）配置IM151-1在PROFI-BUS-DP網(wǎng)內(nèi)的站地址，雙擊IM151-1模塊，出現(xiàn)對話框。單擊PROFIBUS按鈕后，設(shè)定IM151-1在“PROFIBUS（1）”內(nèi)的站地址為10（與實際硬件設(shè)定保持一致），單擊“確定”后回到硬件組態(tài)畫面。

（3）分布式I/O ET200S的配置，單擊IM151-1模塊在對話框下半部分的空白槽內(nèi)依次插入ET200S遠程模塊。根據(jù)設(shè)備情況，按照實際模塊的訂貨號和在導軌上的順序來組態(tài)。根據(jù)實際硬件IM151-1模塊配置如下：2個PM-EDC24V、2個4/8F-IDDC24V、4F-DODC24V/2A、6個8DIDC24V、2個8DODC24V/0.5A、6個4DODC24V/0.5AST。按上述步驟對每個I/O遠程模塊組態(tài)，將滑橇輸送系統(tǒng)2連接到兩條PROFIBUS-DP總線上形成一個現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)再與連接交換機直接和中控服務(wù)器連接交換傳遞數(shù)據(jù)。

5 PROFIBUS數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則

S7-300在PROFIBUS-DP的網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)據(jù)的吞吐量等相關(guān)要求，可以組建不同的PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)不打包通信和打包通信。打包通信需要調(diào)用系統(tǒng)功能（SFC）。STEP7提供了兩個系統(tǒng)功能（SSFC14和SFC15）來完成數(shù)據(jù)的打包和解包功能。不打包通信可直接利用傳送指令來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫，但每次最大只能讀寫四個字節(jié)（雙字）。涂裝車間確保數(shù)據(jù)通信快速準確，都采用打包通信的方式，利用STEP7提供的兩個系統(tǒng)功能SFC15和SFC14來完成數(shù)據(jù)的打包和解包功能。SFC15是對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行打包，并傳給發(fā)送區(qū)，SFC14是對接收的數(shù)據(jù)經(jīng)常解包，并轉(zhuǎn)存至系統(tǒng)內(nèi)存區(qū)。

滑橇輸送系統(tǒng)（1、3、4）、前處理懸掛鏈輸送系統(tǒng)及噴膠摩擦式懸掛輸送系統(tǒng)的總線控制組態(tài)同滑橇輸送系統(tǒng)2的組態(tài)相同?，F(xiàn)場控制柜與遠程I/O模塊用PROFIBUS-DP總線通信方式連成幾套總線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)后，再與交換機通過工業(yè)以太網(wǎng)連成中控系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

涂裝電控系統(tǒng)采用PROFIBUS-DP總線+工業(yè)以太網(wǎng)控制，體現(xiàn)出集中監(jiān)測，分散控制的典型控制模式，達到了目前國際、國內(nèi)汽車行業(yè)自動化先進水平。整個電控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，反應迅速準確，能夠及時提供生產(chǎn)線狀況和設(shè)備運行狀態(tài)，能夠快速將各個設(shè)備故障信息傳送到中控室進行報警。每個電控子系統(tǒng)具有系統(tǒng)的獨立性、完整性和工藝符合性。

參考文獻

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