PROFIBUS现场总线技术在磨床改造中的应用
1 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。
2 profibus现场总线技术简介
2.1 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，而且可以满足交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。
2.2 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。
2.3 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）。
3 改造后磨床数控系统及其组建方法
3.1 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。
整个profibus - dp网络由11个站组成， 其dp主站采用s7 - 400可编程控制器， 该可编程控制器所采用的 cpu 412 - 2dp配备有prof ibus - dp通讯端口， 可以组建多达127 个站点的prof ibus - dp现场总线网络。其余10个dp从站分别由ilc - 2000数控单元、et200s分布式i/o 模块以及全数字直流变频器6ra70 和全数字交流驱动器611u 组成， 其中et200s分布式i/o模块被安装在磨床的工件侧床身、往复台、上刀架和中央液压系统这4个部分。212 用s7 step 7软件组建磨床分布式i/o在s7 - 400 中， 不需要为现场总线编写通讯程序， 只要通过step 7软件包对dp主站和所有dp从站进行硬件组态， 统一分配地址即可。其基本步骤如下：
（ 1） 对dp主站进行硬件组态组态时只要从硬件目录表中选择需要的电源模块、cpu模块（注意选择带有prof ibus - dp 网络接口的cpu， 例如cpu 412 - 2dp） 、i/o 模块等并将其拖到相应的槽位即可。
（ 2） 对dp主站系统进行组态首先插入dp主站系统（dpmaster system）， 然后从硬件目录中选择需要的从站模块， 用鼠标将其拖放到dp主站系统即可。如果在硬件目录中没有找到所需的模块， 就需要安装该模块所对应的1gse文件， 该文件包含了从站模块的所有信息。如果作为从站的模块不是siemens产品， 其生产厂家通常会提供该文件。
（ 3） 设置各站点在prof ibus - dp中的地址dp主站和子站的地址可以任意指定， 只要不重复、不超出范围即可。
由于在上述硬件组态过程中已经解决了网络的通讯问题， 所以在编程时无须考虑通讯问题， 只要象对一台plc那样对所有i/o地址编程即可。由此可见使用profibus - dp 现场总线具有“硬件分散， 软件集中”的特点。
3.3 建立s iemens交直流调速器和prof ibus -dp之间的通讯
3.3.1 硬件连接
在这次磨床改造中使用的siemens 6ra70 直流调速系统和611u交流调速系统都配有专用的profi2bus - dp通讯模块， 能够非常方便地连接到profi2bus - dp网络， 例如cbp模板就是6ra70 和profi2bus - dp连接的通讯模块。硬件连接完成之后， 要使调速系统和prof ibus - dp 主站建立起通讯联系还要对调速系统进行一系列的参数设置。
3.3.2 参数设置
参数设置中， 最关键的是选择ppo类型， 即定义电文的参数和过程数据部分的字的数量。profi2bus - dp提供了5种ppo类型。一类是无pkw而有2个字或6 个字pzd; 另一类是有pkw 且还有2 个字、6个字或10个字的pzd。如图2 所示。这样分类的目的是为了完成不同的任务， 即pkw 的传输和pzd的传输互不影响， 各自独立工作。ppo的参数部分（ pkw） 用于读写参数值， 过程数据部分（pzd）包含了控制字、状态字、给定值和实际反馈值等信息。ppo类型的选择取决于调速系统在整个网络中所要完成的任务。除了设置ppo 类型外， 还需要设置报文的监控时间、prof ibus的站点地址等参数。
3.3.3 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。
3.4 安装调试中需要注意的问题
3.4.1 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） 。
3.4.2 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。
4 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。
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2 profibus现场总线技术简介
2.1 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，而且可以满足交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。
2.2 profibus - dp采用的网络协议及传输技术
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·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。
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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）。
3 改造后磨床数控系统及其组建方法
3.1 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。
整个profibus - dp网络由11个站组成， 其dp主站采用s7 - 400可编程控制器， 该可编程控制器所采用的 cpu 412 - 2dp配备有prof ibus - dp通讯端口， 可以组建多达127 个站点的prof ibus - dp现场总线网络。其余10个dp从站分别由ilc - 2000数控单元、et200s分布式i/o 模块以及全数字直流变频器6ra70 和全数字交流驱动器611u 组成， 其中et200s分布式i/o模块被安装在磨床的工件侧床身、往复台、上刀架和中央液压系统这4个部分。212 用s7 step 7软件组建磨床分布式i/o在s7 - 400 中， 不需要为现场总线编写通讯程序， 只要通过step 7软件包对dp主站和所有dp从站进行硬件组态， 统一分配地址即可。其基本步骤如下：
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3.3.2 参数设置
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3.4 安装调试中需要注意的问题
3.4.1 profibus连接器终端电阻的正确设定
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3.4.2 profibus网络数据传输速度的合理选择
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4 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。
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