通过滑触线进行ProfiBus通讯的系统设计

一、概述

自行小车是在物流转运输送线上比较常见的一种设备，它是通过车体上安装的集电器和预装在轨道内的滑触线在移动接触中进行取电，提供给移动的小车，这种取电方式是很成熟的技术，在很多场合都有多种形式的应用。但通过滑触线和集电器滑动接触进行Profibus通讯的方式却是一个比较特殊和困难的课题，因为通讯线路的滑触线和供电线路的滑触线在轨道内是平行敷设的，并且距离很近，之间仅有绝缘，线体裸露且没有屏蔽层的防护，滑触线和集电器滑动接触之间存在很大阻抗（相对常规通讯方式），而且滑动过程中接触的效果不稳定等因素，使得其通讯的成功率和可靠性很难保证，因此在国内还是零记录应用，特别是在滑动距离比较远，范围比较广的自行小车产品中更是一个全新的尝试。

二、项目简介

传统自行小车产品是通过车体上安装的集电器（又称电刷）和预装在轨道上的滑触线滑动接触进行取电。地面控制柜内设有主控PLC，小车上一般也装有PLC和变频器，主控PLC通过滑触线控制小车执行相应的工艺动作。但是由于轨道和滑触线的尺寸、安装的要求及经济指标等各方面因素的局限性，使得轨道上的滑触线在数量上最多只能安装十根，而一般产品都采用八根。这样，小车响应主控PLC的指令就无法进行全程反馈和监控，更不能传递模拟量的参数，使系统很难形成闭环控制，控制的稳定性和可靠性较差，故障率也比较高。特别是在解决某些生产线上的特殊问题时，有时就束手无策。随着我国各行业现代化步伐的加快，物流输送线自动化程度的不断提高，对产品生产的工艺过程的自动化控制要求也越来越高，传统的PLC继电器控制已经无法满足现代生产的要求，因而考虑采用通讯的方式解决上述设备中的缺陷，提高设备的自动化程度，不仅使产品在市场竞争中立于不败之地，更能反映出企业的自动化控制程度和管理水平的先进性。而如何将设备的自动控制程度提高是每个工程技术人员所面临的一个课题。笔者在东风柳州汽车有限公司乘用车涂装车间PVC自行葫芦输送系统的工程项目中，成功地应用了以通讯的方式实现自行小车自动化控制，利用Siemens公司的ProfiBus总线将自行小车和地面的PLC等控制设备组成ProfiBus-DP网，统一进行控制管理。该项目已于2004年1 2月安装调试完毕并运行正常。笔者特将设计思想和设计方法进行总结。

三、自行小车采用通讯方式控制的特点

(1)控制系统简单，操作和维护都很方便。

(2)整个系统由ProfiBus-DP总线组成，可以远程编程和操作，通讯的信息量大，可以使系统达到闭环控制的效果，并且具有诊断功能。

(3)通过SIEMENS的S7-315-2DP主站与小车上的ET200S/CPU的从站通讯，还与Mitsubishi的Q02CPU的PLC进行通讯，把信息通过ProfiBus-DP与车间三菱MELSECNET/H网进行交换。

(4)小车行走通过变频器控制，并且小车的行走电动机带有制动装置，使得行走的起停及运行速度平滑且定位精度高。

(5)系统操作简便，可以通过人机界面完成部分参数的设定，停机故障也可由人机界面来查找，画面设计友好，方便准确，使得处理故障时间短，可提高工作效率。

(6)整个系统设计配置与世界先进的控制理念同步，可以在以后的设备改造中只需更换少量部件即可完成设备更新，降低设备总体成本。

四、自行小车控制的配置

1．该工程自行小车的布置介绍

在厂房的钢结构下吊挂一个100多米环形的铝合金轨道，并在轨道内侧布置了滑触线，如图1所示，轨道上共有八台小车，小车通过行走电动机在轨道上进行循环运行，小车上配有升降用的葫芦，下面吊挂着吊具，用于将物料（白车身）进行转运，在转运过程中要在一些工位上对工件进行工艺处理，需要升降的工位有六个，其中两个是上下工件用的，在升降工位需要定点对位进行升降而且定点精度的要求很高，必须达到平滑减速，并且平稳停车才能把工件起吊或存放准确。因此，小车的行走要求进行变频调速，而且电动机还带有制动装置。在其他没有升降要求的位置上布置了一些积放位，通过主控PLC的协调管理保证小车在运行时不会和前面小车发生碰撞。

图1  滑触线和集电器

2．该工程控制系统配置介绍

(1)主要硬件组成如表1所示。

表  1

2．软件的实现

(1)子站的软件控制

小车的运行由车上子站ET200S/CPU进行编程控制，通过车上安装的位置识别装置，程序控制小车在设定的工作位置上执行各种工艺动作。

(2)主站的软件控制

主站程序通过OB1组织功能块来管理一些FC功能，主要编制有系统启停功能，通讯及信息管理功能，故障诊断及保护功能，报警及显示功能等。

3．网络功能的实现

(1)主站与子站的通讯

通过STEP7软件对主站和子站设置站号、地址、波特率和地址映射区等必要的参数，在程序中通过地址映射区进行主站对子站的通讯信息处理，达到协调管理各个子站的目的。

(2)子站与变频器的通讯

利用CB15接口模块，将变频器连入PROFIBUS-DP网络中。通过参数设置，确定网络地址和控制字和状态字，利用ET200S/CPU上的DP-MASTER对其进行控制。

软件上，接收到主站通讯的数据或子站的内部数据在由子站的内部程序经过处理后通过DP-MASTER同变频器进行通讯，程序上通过调用系统功能SFC14和SFC15来控制变频器的起停和速度等，并读出变频器的各种实时参数。

(3)西门子PLC与三菱PLC的通讯

分别设置西门子PLC与三菱PLC的通讯参数和编写通讯程序，把三菱PLC作为西门子PLC的子站，通过CP342-5进行通讯，如图5、图6所示。

4．操作面板(TP270B)功能的实现

(1)操作面板(TP270B)的设置

其设置主要内容：

1)操作面板定义

2)监控区设置

3)功能区设置

4)报警区设置

5)事件区设置

(2)操作面板(TP270B)的画面布置

其主要画面内容：

1)系统执行状态的监控

2)各台小车（即子站）的监控

3)对子站的部分控制功能

4)对事件的响应记录

5)帮助提示

图5编写SIEMENS的程序

图6  编写MITSUBISHI的程序

五、结束语

这次在滑触线上进行ProfiBus的通讯是在国内同行业中的首次应用，也是和当今世界同行业的恕进水平同步的。从方案的设计和现场的调试到最终的用户使用都是非常成功的。在安装过程中，由于注意了抗干扰的问题，所以设备在调试完毕试运转期间正常运行，系统通讯稳定，没有受到干洗的影响，通讯的成功率达到100%，没有出现通讯中断的现象，小车本体控制完善，自主性强，对信号采集、参数的监控和设置也十分简单方便，基本达到了预期的效果，到目前为止，由于通讯而引发的故障基本上为0，用户使用相当满意。所以，我认为这个产品和技术具有在输送转运线乃至整个物流输送行业推广应用的价值。

通过这次设计和调试，笔者也对SIEMENS的产品和网络通讯有了一个更深入的了解，结合本次设计调试也总结了以下一些优点：

(1)由于通讯的信息可以大量交换，使得整个控制基本做到了闭环控制，大大提高了整个系统的可靠性和稳定性。

(2)硬件规划更标准，可以在非标设备中进行标准化设计。

(3)通过STEP 7和标准的功能块编程，使程序编制更简单，通讯设计也很容易，也可以进行标准化设计。

(4)可以方便地通过软件在线监控和设置，进行故障诊断和排除。

(5)安装方便，省配线，大大地节省了施工时间和现场调试时间。

参考文献

1．s7-300和s7-400系统功能手册．    SIEMENS公司

2．S7-300和S7-400语句表编程手册．    SIEMENS公司

3．S7-300可编程控制器硬件和安装手册．  SIEMENS公司

4. SIMATIC POWER RAIL BOOSTER MANUAL.    SIEMENS公司

5．MICR．ｍａｓｔｅｒ440使用手册．    SIEMENS公司

6．QJ71PB93D ProfiBus-DP从站模块用户手册．MITSUBISHI公司