浅谈基于Profibus-DP总线控制的机电一体化系统

2016-03-19西安捷通水射流技术应用有限公司陕西西安710119

低碳世界 2016年14期

关键词：系统控制控制技术总线

王　振（西安捷通水射流技术应用有限公司，陕西　西安　710119）

王振（西安捷通水射流技术应用有限公司，陕西西安710119）

随着现代科学技术的不断推动，现场总线控制技术得到较大的发展，逐渐向智能化与数字化趋势转变，有助于提升系统的运作效率，减轻系统负荷。本文主要针对目前实际生产中应用最广泛的Profibus-DP总线控制技术在机电一体化系统中的应用展开研究。

Profibus-DP总线控制；机电一体化；现场总线

现场总线是一种连接现场智能设备及自动化系统的、具有开放性和数字化的双向多点通信基础控制网络。目前实际生产中应用的现场总线有：CAN bus、DE-VICENET、Profibus、Interbus等，在这些不同协议形式的现场总线中，Profibus总线的应用最为广泛。

1　Profibus-DP总线控制概述

Profibus-DP总线控制是以ISO修订的OSI标准七层参考模型作为基础建立的网络协议，其主要对OSI标准第三层到第六层协议进行优化，从而具备更高的适应力，能够在实际生产以及加工制造等方面起到较好的应用效果。Profibus-DP总线控制的主要特征为：①开放性。Profibus-DP总线控制具备较好的公开性，才能够实现不同生产厂商制造设备之间的信息交流，并且个人用户也能够根据自身的需求对不同厂商生产的设备进行重新调整，进而满足自身的需求。②操作性。由于Profibus-DP总线控制需要实现不同设备、不同系统之间以及设备与系统之间的信息交流，同时也需要在不同厂商生产的设备之间进行相互交换，进而提升系统的可操作性。③高度分散性。Profibus-DP总线控制具备较高的分散性，其通过与DCS集中与分散控制系统相结合，进而完善了Profibus-DP总线控制系统的功能，促使系统运作更加简单，提升了系统的稳定性。④数字化。Profibus-DP总线控制系统中的隔层以及不同层次之间的总线均采用数字化技术，进而提升数据传输的速度和效率。

2　基于Profibus-DP总线控制的机电一体化系统

2.1Profibus-DP总线控制的机电一体化系统结构

基于Profibus-DP总线控制的机电一体化系统主要选择SIEMENS公司生产的S7-300服务器为主站，同时配备S7-200服务器及变频器为下位机，并在该系统中采用了计算机技术及通信技术进行自动化监控。通过自动化监控技术对一体化系统内部的各个设备进行监控与管理，并由Profibus-DP总线及下位机实现对系统各单元的连接与操控。

机电一体化系统的主要构成为备料单元和仓储单元等八个从站。备料单元中主要通过Profibus总线和PPI电缆将触摸屏、CPU315、EM277、CPU226以及个人计算机相互连接起来；而仓储单元则通过Profibus总线电缆将EM277、CPU226以及个人计算机相互连接起来。通过八个从站的协同运行实现自动化控制。

Profibus-DP总线控制系统联系生产各结构为：站点1-上料单元、站点2-夹紧单元、站点3-冲压单元、站点4-打磨抛光单元、站点5-涂装单元、站点6-检测单元、站点7-分离单元、站点8-入库单元。站点1-4主要是进行上料、夹紧、冲压以及打磨抛光等工作；站点5能够对加工工件进行喷漆、加热、散热等工作，从而对系统内部温度进行控制；站点 6能够对加工产品进行全面检测；站点7主要是进行正品与废品区别和分离；站点8主要是通过现代信息技术以及计算机编程，进而完成对电机的控制以及成品的入库。在此系统中，每个站点则通过同步带进行产品传送，进而使每个站点能够独立完成工作，同时将每个站点之间紧密相连，通过对各站点的检测以及管理，实现对系统的高效控制。

Profibus-DP总线控制从控制类型上讲，主要分为三个部分：环境控制、流程控制、多速控制。这三者之间的关系是：通过对多速控制的研究，将得到的内部视图给予环境控制，流程控制通过与环境控制的交流，将系统控制的影响因素反馈给流程控制，再由流程控制对多速控制的反馈进行决策，并最终决定系统控制，这明确了每个部分之间的相关性以及职责范围，对系统控制设计及构建的行为结构具有规范作用。多速控制是由流程控制进行决定的，流程控制的基础工作就是设计控制，设计控制的结果表述可分为两种：①由流程控制给出的“决策”；②系统控制内部元素及期间关系给出的“内部视图”。流程控制通过与环境控制的交流，能够实现系统控制设计的速度。多速控制之间不是常规的组件与组件间的经由组件或接件的结束关系，而是更为常规的元素概念。

2.2Profibus-DP总线控制的机电一体化系统中存在的问题分析

上面提及的传统的Profibus-DP总线控制技术在学界被认为是系统一体化解决方案的一种。机电一体化系统是利用Profibus-DP总线控制技术实现的，其主要应用在管理以及系统中的管理中。在系统中的应用的实质就是一种系统一体化解决方案，其能够让多个系统连接到实际生产，为每个系统提供个性化系统环境。而在UNIX系统中也有应用类似的技术，其具有X-windows系统的灵活性，同时具有VNC系统的优越性，能够让系统得到个性化服务。但是这种系统虚拟及解决方案不具备较好的扩展性，一台服务对系统提供的设定参数数量是有限的，使用设定参数系统的CPU、IO以及网络等方面会对其他系统体验造成一定的影响，同时系统之间的隔离性不高；此外，不同操作系统无法同时运行。

Profibus-DP总线控制技术与传统技术相比更加有效、安全，但是这种方法的弊端也比较突出，比如；这种方式的扩展性不高，每位系统的实际生产是固定的，其只能在固定实际生产使用参数，而由于系统的实际生产是固定的，无法均衡计算负荷，若实际生产中使用设定参数的系统过度，而其他部分的系统少，导致计算资源没有得到充分利用，同时对系统的使用性能造成一定的影响。解决该问题的思路为：为计算机集群中的每一位系统配置一台虚拟器，将设定参数通过网络传递给系统，在其中的虚拟机分配和部署中，系统是无法进行控制的，虚拟机在系统程序的有效控制中，将集群内的计算节点进行合理分配，当系统偏离设定参数时，能够将系统的个人配置保持下来，并让虚拟机离线，从而节省计算资源，这种方法具有较好的扩张型和隔离性，同时能够充分利用计算资源。