PROFIBUS-DP现场总线技术在磨床改造中的应用

liyf

                    ???? 0　引言
　　宝钢2050 热轧磨辊车间装备的数控轧辊磨床是1988 年从德国WALDR ICH SIEGEN公司引进的。使用至今其控制系统各部件已逐步老化, 不仅故障率高而且性能下降,已经严重影响了轧辊的磨削精度和磨削效率。为了更好地满足轧线对轧辊质量的要求, 对磨床进行了全面改造,在这次改造中使用了目前在工业控制领域使用的PROFIBUS现场总线技术,这一技术的运用使得磨床基础自动化系统更为简洁实用。
　　1 　PROFIBUS现场总线技术简介
　　1.1　PROFIBUS - DP概述
　　PROFIBUS是近年较为流行的工业现场总线,也是目前数据传输率较快的一种现场总线,其最高传输速率可达12Mbit/s。PROFIBUS现场总线由PROFI2BUS-FMS（现场总线信息规范）、PROFIBUS-PA（过程自动化）和PROFIBUS-DP（分布式I/O）3个兼容部分组成。其中应用最广泛的是PROFIBUS-DP总线,它是一种高速的设备级网络,主要用于中央控制单元与分散的I/O之间的通信,PROFIBUS-DP现场总线不仅可以取代24VDC或4～20mA信号的传输,而且可以满*直流调速系统快速响应的时间要求。在这次2050磨床电气改造中所采用的就是 PROFIBUS-DP现场总线。
　　1.2　PROFIBUS - DP采用的网络协议及传输技术
　　PROFIBUS-DP采用的网络协议是以ISO颁布的OSI标准七层参考模型为基础,所不同的是PROFI2BUS-DP只使用了第一层（物理层）、第二层（数据链路层）和用户接口,第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能,并详细说明了各种不同PROFIBUS-DP设备的设备行为。
　　RS - 485传输是PROF IBUS最常用的一种传输技术。这种技术的基本特征:
　　·网络拓扑: 线性总线, 两端有有源的总线终端电阻。
　　·传输速率: 916 k b it / s～12M bit/ s
　　·介质: 屏蔽双绞电缆, 也可取消屏蔽, 取决于环境条件（ EMC） 。
　　·站点数: 每分段32 个站（不带中继） , 可多到127个站（带中继）。
　　·插头连接: 使用9 针D型插头。
　　1.3　PROFIBUS - DP的基本硬件配置
　　一个典型的PROFIBUS - DP 系统通常由以下三种类型的设备组成:
　　（1） 一级DP主站（DPM1 ） : 一级DP主站是中央控制器,它在预定的信息周期内与分散的站（如DP从站） 交换信息。典型的DPM1如PLC或PC。
　　（2） 二级DP主站（DPM2 ） : 二级DP主站是编程器、组态设备或操作面板,在DP系统组态操作时使用, 完成系统操作和监视目的。
　　（3） DP 从站: DP 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备（ I/O 设备、驱动器、阀门等）。
　　2　改造后磨床数控系统及其组建方法
　　2.1　改造后磨床数控系统的结构和硬件配置
　　改造后磨床的数控系统采用现场总线技术, 用一根通信电缆代替了大量的I/O电缆, 用数字化的通信代替了4～20mA /24VDC 信号, 用于实现对现场设备的控制和监测。其数控系统的组成结构如图1所示。




图2　5种PPO类型的结构定义
　　2.3.3 　PROFIBUS - DP通讯模块的状态指示
　　完成了参数设定后, 给PLC 和调速系统送电,此时, 6RA70 的PROFIBUS通讯模块（CBP） 上3 个发光管同时闪烁则表示通讯正常。其中红灯表示CBP模块的状态正常; 黄灯表示6RA70 和CBP之间的通讯正常;
　　绿灯表示CBP 和PROF IBUS之间的通讯正常。而 611U则有所不同, 只有一个指示灯显示PRO2F
　　IBUS通讯模块的工作状态, 该灯熄灭表示通讯模块尚未被激活; 红灯显示表示通讯模块已被激活, 但没有建立通讯, 可能存在故障; 绿灯显示则表示通讯模块已被激活并工作正常。
　　2.4　安装调试中需要注意的问题
　　2.4.1　PROFIBUS连接器终端电阻的正确设定
　　在每一个PROFIBUS - DP站点的连接器上都有一个终端电阻的选择开关。当该站点处于整个PRO2FIBUS网络的起点或终点时, 连接器上的电阻选择开关必须设置在“ON”位置, 而其余的中间站点, 其连接器上的电阻选择开关必须设置在OFF位置。如图3所示。只有这样才能使整个 PROF? IBUS网络正常工作。图4是整个磨床PROF IBUS网络终端电阻的设置图（其中①代表电阻打开, ②代表电阻关闭） 。




图3　PROF IBUS - DP站点连接器的终端电阻选择
　　2.4.2　PROFIBUS网络数据传输速度的合理选择
　　PROFIBUS-DP总线的数据传输速度最高可达12Mbit/s。但在实际使用过程中,适当的降低通讯速图4磨床PROFIBUS网络各个终端电阻设置图度,可以减小干扰的影响,提高网络的稳定性。在磨床控制系统中,我们将PROFIBUS网络的传输速度设定在3Mbit/s。从实际使用的效果来看,该速度能够很好地满足数据交换的要求,并且稳定性较好。
　　3　结束语
　　在这次磨床电气系统改造中, 将PROFIBUS - DP现场总线技术应用于磨床的数控系统中, 使磨床电缆数量和施工量都大为减少, 如果说从继电器控制到PLC控制是一次控制技术的飞跃的话, 那么从集中控制到以PROFIBUS - DP 现场总线为代表的分散控制技术又是一次新的飞跃, 它具有广泛的应用前景。