现场总线在高级广告布生产线的应用

一.引言

PROFIBUS现场总线是一种国际化、开放式异步通讯标准,于1996年被批准为国际标准。PROFIBUS已经广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化等。它由三个部分:PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA。PROFIBUS-DP是一种高速低成本通讯,主要应用于现场设备级传输介质为屏蔽双绞线(EIARS485),波特率从9600bps到12Mbps。艾默生公司的TDS-PA01总线适配器是PROFIBUS的兼容产品。TD3000系列变频器是高性能矢量型变频器,通过TDS-PA01总线适配器可方便地连接到PROFIBUS总线上①,组成PROFIBUS工业现场总线控制系统。

二.系统简介

本生产线产品为宽约3m、厚约0.3~1mm的高级广告布。生产线主机传动由14台电机完成,每台电机由一台变频器驱动,生产线连续化作业。工序之间现场设备上有张力检测装置,有安全开关、急停开关。本系统采用西门子S7-300CPU315-2DP作为PROFIBUS主站；三台S7-200CPU226-2DP作为智能从站,分别控制辅助部分；12台TD3000、2台TD3300变频器作为从站。整个PROFIBUS线缆长度大约100m,波特率选择为500k即可达到传输速度要求。

三．主站与人机界面

CPU315-2DP作为主站,它有2个通讯口:PORT0和PORT1。PORT0作为PROFIBUS总线通讯口,波特率选择为500kbps。PORT1作为与人机界面通讯口,它为MPI口,采用RS485通讯,波特率为19.2kbps,我们制作了RS485通讯电缆与人机界面通讯。人机界面为台达PWS3260触摸屏。在触摸屏上进行全线控制、生产线运行显示、变频器运行显示、及参数的设置。CPU315作为主站,根据触摸屏的设定值和通过PROFIBUS从智能从站传来的张力信号比较,通过运算,转换成运行频率发送给14台变频器,控制14台传动电机。

由于从站距离较远,有需要在2、3好从站上需要查看对方的运行数据,在程序设计中有几个参数通过PROFIBUS由2号从站传给主站,通过主站再传送给3号从站。3号从站也通过同样途径传送给2号从站。由于操作需要,在2号从站上需要更改主站上的参数。在2号从站的界面上设计有按钮,信号通过PROFIBUS传送给主站。

主站程序执行是循环扫描执行方式,与其它PLC执行方式一样。通过PROFIBUS传送的信息也是周期传输的。

四.智能从站

EM277PROFIBUS-DP模块能使S7-200连接到PROFIBUS总线上。它也能使CPU222、CPU224,或CPU226与PROFIBUS主站和最大到6个的MPI主站通讯②。它接受主站的配置信息,在S7-200程序设计中要与主机配置相一致。在与主张信息交换中,EM277PROFIBUS—DP模块接收主站、发送给主站缺省配置为2字入/2字出,它分为字一致、字节一致和缓冲区一致。

有三台S7-200CPU226-2DP作为智能从站通过EM277挂接在PROFIBUS总线上。2号、3号从站为辅助操作部分,控制生产线上的电磁阀、采集控制信号、采集张力信号并经过滤波处理再传送给主站。2号从站为8字输入8字输出。3号从站为4字输入/4字输出。1号从站有相对的独立性,控制加热部分,仅接收主机运行信号、传送本系统故障信号,仅1字输入/1字输出。

2号从站有2个通讯口,每个口与一台PWS1711通讯,分布在1、2号操作台上。在1号操作台上主要进行放卷的两个卷轴之间更换。2号操作台对生产线辅助机械动作的操作、张力大小的调节。3号从站也有2个通讯口,分别与3、4号操作台上的PWS1711通讯。在触摸屏上完成运行状况的查看、参数的修改、辅助机械的操作。

1号从站为烘箱加热部分,具有相对独立性。CPU的PORT1口与一台PWS1711人机界面相连,PORT0编程为自由口通讯模式,与风机变频器组成RS485总线网。烘箱中导热油在盘管中流动,经循环风机进行热交换。风机共5台,全为变频控制,根据工艺要求调节运行频率。5台TD2000变频器采用RS485控制方式,波特率为9600kbps。

五.变频器从站

TD3000系列变频器通过TDS-PA01总线适配器连接到PROFIBUS总线上。TDS-PA01是PROFIBUS总线的兼容产品,符合PROFIBUS协议中的传动设备行规—PROFIDRIVE,主站能通过它对变频器进行运行控制操作、调节运行频率、更改变频器的功能码、读取变频器的运行状态。变频器也通过TDS-PA01反馈对主站控制信号的应答信号,主站可以根据变频器的应答信号判断控制信号执行情况。

在周期性的通讯中,PROFIBUS-DP使用PPO(对象过程类)类型作为数据传递的格式,由于本系统仅对变频器的运行频率设定,不更改功能码,本例采用的是PPO3,仅控制变频器的启动、停止、故障复位、运行频率设定。在主站组态时需导入TDS-PA01的GSD文件,GSD文件为TDS-PA01的设备数据文件。然后在PROFIBUS总线上连接TDS-PA01,TDS-PA01与主站通讯波特率为500kbps,TDS-PA01与TD3000的通讯波特率为38.4kbps。

六.结束语

经实践证明,PROFIBUS现场总线在此类系统中运行稳定可靠,没有出现过问题。由于采用了现场总线,减少了许多配线,减少了安装工作量及维护成本。

应用中也总结出一些经验:1。在配置智能从站的EM277时输入/输出字节应留有余量；2。变频器的控制中刚采用命令字与频率值分开写入,方便编程；3。由于人机界面大多可以以RS485通讯方式工作,在应用中两台人机界面可以与一个PLC的通讯口相连,使PLC减少一个通讯也可以应用,减少投资。PWS系列专门设计有MULTIDROP连接模式,方便多机连接而仅用一个PLC通讯口。

中国自动化网 供稿