基于Profibuss现场总线的交流伺服控制系统设计

靳雄杰 周桂莲

【摘 要】利用西门子现场总线Profibus技术和力士乐伺服控制技术来实现全钢子午线轮胎高精度胎面定长裁断控制系统。

【关键词】胎面定长裁断，Profibus技术，力士乐伺服控制技术

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0111-01

全钢子午线轮胎生产过程中胎面定长裁断是其关键工序之一，胶料投入挤出机后压出并经牵引拉伸、冷却及定长裁断后得到轮胎胎面。胎面裁断定长检测的控制过程是一个先裁断定长、后单条称重的控制过程。开发一套具有高切割精度（包括加工端面倾斜度和光洁度及定长剪切长度的精确度）、能够适应较高裁断速度的胎面裁断装置，不管从提高产量、减少废品率还是从提高原料的利用率来说都显得极为重要。

一、电气控制部分组成

该控制系统采用Profibus现场总线传输效率最高的单主站线型网络拓朴结构，根据整条生产线的要求，选用了西门子S7-315-2DP为主控PLC，其中PLC作为DP主站。2台驱动电机的力士乐DKC伺服控制器和2个绝对位移编码器接入力士乐CLM1.4-LAP位置控制器，位置控制器本身带有DP接口，可以直接连接在PROFIBUS总线上，作为现场总线控制系统的从站，并且可通过主站完成远程参数配置。控制台上各种操作和显示要求较多，裁断长度的设定与实际值，刀架左右移动的行程及速度，手动控制信号，以及某些系统参数的修改通过TP270来完成，TP270是西门子公司的基于Windows平台的功能强大的操作终端。

二、软件设计及分析

本系统软件设计主要包括三大部分：

PLC控制程序及PLC和位置控制器CLM的通信程序的设计，其中包括系统 Profibus-DP 网络组态、系统硬件组态、控制程序设计等；

力士乐位置控制器裁断伺服控制程序；

监控程序的设计，主要包括系统运行需要的监控主界面、裁断控制界面、报表生成和数据查询界面等人机界面的设计。

1. PLC控制程序设计

系统中以西门子S7-315-2DP作为Profibus现场总线主站提供与力士乐位置控制器CLM直接而便利的高速循环通信服务，通讯速率高、控制适时性好、抗干扰能力强且编程简单。在PLC编程软件STEP7中导入位置控制器CLM设备数据库文件（IN2_04eb.gsd），完成硬件网络组态，为位置控制器分配网络地址，该地址必须与控制器参数中设置的相同，在组织块OB中选用SFC14“DPRD_ DAT”，SFC15“DPWR_ DAT”系统功能块向位置控制器接收/发送过程数据。

在位置控制器参数B007中设置与主站的总线通讯率，参数B008中设置从站网络地址，并选择参数过程数据对象（PPO）类型，这样系统的现场设备与PLC之间通过Profibus-DP总线可以完成数据的读写和控制数据的传输，如控制字、状态字、给定值和实际值等。除过程数据外，Profibus-DP也传输传动系统的参数设置和诊断信号。

2. 位置控制器CLM的伺服程序设计

力士乐位置控制器CLM是一种紧凑型、模块化二/四轴数控系统，直接驱动力士乐DKC伺服驱动器完成交流伺服电机的精确定位运行，本系统中二套力士乐DKC伺服驱动器分别完成传送带定长传送和裁断刀架横移的控制。位置控制器带有丰富的指令集，可在其操作面板或装有编程软件（MotionManger）的计算机上完成控制程序的编写。

裁断伺服控制程序主要由总线Profibus通讯、传送皮带控制和裁断刀架控制三部分组成。控制器与PLC之间控制和状态信息的传送由总线通讯程序完成，控制器接收PLC传送的控制信息如速度值、长度值和操作指令等，同时将运行状态信息传送给PLC进行分析、显示；传送带控制程序完成传送带伺服电机运行的速度和位置控制，进行胎面裁断的精确定长和平稳快速运行；裁断刀架控制程序完成裁断刀架横向移动切割和其辅助装置的控制，保证裁刀动作的正常执行，得到较好的切割端面。

3. 监控系统设计

系统以PLC为第一主站和以工业PC为第二主站，其中工业PC作为上位机，提供良好的人机交互环境，实现对整条生产线的生产管理和监控，并实现连接到车间级INTRANET网络。第一主站（主控PLC）是整个胎面生产线控制系统的核心，实现生产过程数据的采集和处理，以及控制信号的发送与工业PC的通讯，以便于操作人员监控现场的设备。整个系统的操作、工作状态及测量分析结果在工业PC上进行图形显示监控，通过现场总线由PLC上传相关数据信息，处理系统报警，存储历史数据，生成各类报表，并进行图形显示及人机对话，向PLC下传相关控制命令，从而实现监控计算机与现场设备之间的信息管理。

裁断控制人机界面采用TP270触摸屏，通过Profibus总线与PLC主机连接。对于触摸屏的编程，采用西门子公司提供的ProTool/ProCS组态软件进行编程组态。ProTool/ProCS完整的图形用户界面加上软件本身自带的项目组态向导允许用户方便地创建面向对象、基于符号的各种项目。在ProTool/ProCS中界面上的操作单元与执行器之间通过PLC利用变量进行通讯，即在HMI可以直接读或写的PLC上的存储地址。软件设计思想是在完成基本人机交互功能的基础上，设计了一套让操作者能够自学习操作规程的软件系统。通过人机界面，操作者即能设置一些基本的参数。自动运行按照设备设计的动作流程进行自动运行控制时，一些需要调整的参数，如速度、位置等可以方便的在触摸屏上进行调整、修定。异常停止当定位模块、伺服驱动器、行程开关以及机器异常时伺服马达都应该立即停止运转，并产生异常码显示在触摸屏上，以便维修人员及时了解发生的问题。

三、结束语

本控制系统充分利用了西门子PLC、Profibus现场总线技术和力士乐伺服控制等先进技术，系统采用分布式开放结构，响应速度快，组态灵活，控制功能完善，操作简单规范。控制精度达到±1mm，实践证明该套基于Profibus-DP现场总线的控制系统安全可靠，故障率低，产品完全满足下道工序的高标准要求，具有较高的生产和管理自动化水平，提高了生产效率，创造了较好的经济效益。

参考文献：

[1] 崔坚、李佳、杨光，西门子工业网络通讯指南[B]，机械工业出版社，2005年