西门子6ES307-1KA02-0AA0介绍说明

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同时该总线系统又提供了丰富的设备诊断信息，操作员可以直接通过监控计算机了解整个车间系统设备的健壮性，为故障的判断提供直截了当的辅助手段，大大减少了故障的排除时间。    

    Profibus利用了现有的和标准。其协议以ISO（标准组织）标准OSI（开放系统互连）参考模型为基础。ISO/OSI通信标准模型由7层组织，并分成两类。一类是面向用户的5层到7层，另一类是面向网络的1层到4层。1层到4层描述数据从一个地方传输到另一个地方，而5层到7层给用户提供适当的方式去访问网络系统。    

    三、系统结构：    

    我们根据国内外类似系统的运行管理情况以及在该行业中的实际经验，依照自动控制领域的发展趋势，本着、简单实用、（十年不落后）的原则，充分发挥西门子自动化产品的技术优势，以S7控制平台和开放的现场总线网络ProfibusTM体系为，采用新的控制器、驱动、网络架构及工控软件产品为用户提供了一个由计算机、PLC、现场分布式I/O组成的多级的、开放的、模块化的、实时多任务的集散型可扩展数据采集和控制系统。

    该系统采用集成工业现场总线、控制总线和100/1000M高速以太网组成的混合三层体系结构，既支持基于浏览器的B/S结构体系，也支持C/S结构体系。    

    整个总装车间的输入/输出信息形式多样（包括图像、图形、文字、语音、数字等多媒体形式），信息量大，对系统功能要求高。控制监视任务不仅于单机的检测和控制问题，而且还实现了对整个车间的监控、故障诊断、物流优化、生产预报和调度。以PLC和计算机为的信息处理机制完成对综息的管理、生产过程的计划、调度、监视与自动化控制，系统具有以下三个主要方面的功能：    

    1、现场生产数据的采集、分析、处理、动态追踪、工艺控制等前台生产现场检测与控制；    

    2、车型数据、设备故障信息、安装工位管理等后台信息管理；    

    3、车间运行监控与计划调度指挥，内部监控、LED等多媒体系统。    

    为了实现以上功能的集成，总装车间广泛采用了多媒体技术、现场总线技术、高速以太网技术、工业控制技术、通信技术及视频图像监控技术等关键技术，可以定义为集成现场工业总线的高速以太网多媒体计算机信息管理、控制系统。整个系统的架构分为三个层次.    

    ⑴信息层：    

    总装车间内部和同厂区其他部门进行数据交换采用标准TCP/IP以太网结构，工业控制部分采用西门子现场总线结构

    长安汽车制造厂原来可以生产6种型号汽车，年产量在8万辆左右。他的总装生产线是在80年代末引进美国50年代技术制造的，由于在设计、制造上存在许多缺陷，导致系统有故障，生产效率低等诸多问题。长安公司为适应中国加入WTO后对汽车行业的冲击，保持中国微型汽车生产企业的位置，在不断推出新车型的同时，生产线的制造能力成为了企业发展的瓶颈。通过我们对总装生产线的改造，大大提高了生产效率，将产量提高到20万辆/年，并且具备了多种车型混装能力，可以满足不断推出新车型的生产需求。    

    二、改造方案的确定：    

    总装车间的原生产线控制系统采用的是三菱PLC系统，传统的控制模式。所有分布在车间的信号靠IO电缆连接至PLC柜，设备的故障报警信息全部通过BCD码来显示，工人对生产线的干预于启动、停止和急停操作。根据现场生产的实际情况，该控制系统已经无法满足生产需求：    

    1、无法提供故障的准确和判断。时间对于总装车间来讲是分秒必争，尤其是在产量达到一定规模以后。故障产生时，维修人员需要以快的速度发现和解决问题，老系统由工人根据报警代码寻找故障地点，再根据经验分析原因，故障停线时间因此比较长。尤其是在PLC本身发生故障时，往往会浪费多的时间。    

    2、检修困难。总装车间的信号多，而且分布面积很广，桥架里的电缆敷设很拥挤，加之时间比较长，线号已经模糊不清，维修工人需要换电缆、电气元件等需要耗费很大的工作量。    

    3、无法为工厂资源管理信息系统（MRPII）提供快速、准确的生产信息。车间的零部件物流无法根据实际的生产进度进行合理的调度。 

    西门子公司的PROFIBUS现场总线网络技术，为这个系统提供了一个完整的解决方案。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散化结构的增长，现场总线系统的应用日益普遍。其原因之一是：现场总线系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与可编程逻辑控制器（PLC）和PC之间的，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近，使安装和布线的费用开销减少到小，从而使成本费用大大地节省。其原因之二是：标准化的现场总线具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散I/O装置和现场设备。    

    PROFIBUS现场总线系统的结构是透明和开放的。只有这样，工程师们才可能从市场上大量可供应的现场设备和部件中选择的产品组成他们自己的系统。现场总线PROFIBUS满足了生产过程现场级数据可存取性的重要要求。一方面它覆盖了传感器/执行器领域的通信需求，另一方面又具有单元级领域的所有网络通信功能。特别在“分散I/O”领域，由于有大量的、种类齐全的、可连接的现场设备可供选用。

一. 引言
PROFIBUS现场总线是一种化、开放式异步通讯标准，于1996年被批准为标准。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是一种高速通讯，主要应用于现场设备级传输介质为屏蔽双绞线（EIA RS485），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，有开关、急停开关。 本系统采用西门子S7-300 CPU315-2DP作为PROFIBUS主站；三台S7-200 CPU226-2DP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
EM277 PROFIBUS-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，EM277 PROFIBUS—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S7-200 CPU226-2DP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，具有相对立性。CPU的PORT1口与一台PWS1711人机界连，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、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
设备已从今年六月份稳定运行。经实践证明，PROFIBUS现场总线在此类系统中运行稳定，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。