基于ProfiNet网络的汽车生产线自动控制系统设计

黄钰婷

摘 要：汽车生产线通常采用PLC进行自动控制，为了保证生产线的安全高效运行，设计了基于ProfiNet网络通信的西门子PLC控制系统，实现了控制器和外围设备之间快速的实时数据交换以及同步控制。

关键词：ProfiNet；汽车生产线；PLC

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.14.096

ProfiNet是面向所有自动化任务而制定的通用标准，能在复杂的环境下工作，克服各种电磁干扰以及恶劣的环境因素。汽车生产线控制过程是连续的，需要长时间的稳定工作，而ProfiNet适用于各种网络结构，通过互联网可以在世界各地实现数据的访问，提供最佳组态和诊断的所有功能，能够在故障出现后进行快速定位，保证生产线的流水作业高效进行。

1 系统硬件设计

1.1 网络拓扑结构

汽车自动生产线控制器所采用的PLC为西门子S7-300系列，系统的网络拓扑结构如图1所示。人机界面、PLC与上位机控制器通过交换机采用PROFINET网络实现实时可靠的通信。由于S7-300系列PLC CPU不具有PROFINET网络接口，故采用CP343通信模块连接网络，再通过分布式I/O ET-200S作为从站，控制自动线实现各系统功能。

图1 网络拓扑结构

1.2 硬件系统结构

硬件系统结构中，PC与HMI为管理层，S7-300PLC为主站，控制分布式I/O从站，维护人员通过监控画面实时监测系统运行情况，管理层与分布在现场的各个从站通过PROFINET网络实现通信，主要是从PLC控制器中读取从站故障报警错误，当系统运行出现故障时，能够实现快速定位，准确查找的功能。在每个独立的控制系统中都有一个CPU313模块，每个CPU模块又带有通信模块CP343，将多个独立的智能从站连接到网络中，实现整个自动线控制系统的全面通信。

2 软件程序设计

2.1 系统组态

应用博图V13 step7进行组态。首先添加CPU模块，将CP343-1通信模块连接到网络中，再添加从站ET200S，给ET200S分配主站，然后依次添加ET200S的组件，电源模块以及各信号模块。将CP343-1作为通信主站，需要设置网络IP地址和通信速率等参数。

2.2 系统PLC程序设计

在OB1中编写系统循环调用的主程序，需要调用PNIO-SEND和PNIO-RECV模块实现主站和从站之间的相互控制输出。编写符号表，将系统各I/O点与实际原件相对应。汽车自动生产线由输送站控制系统、指示灯控制系统、行车机构控制系统、循迹搬运车控制系统、升降机控制系统、搬运机械手控制系统和堆垛解垛控制系统组成。针对每个单独的控制系统，分别建立功能块FB实现每个系统的独立控制功能，在建立FB块时要分配数据块DB用于存储系统运行数据，使用DB块之前要设置其存储类型，所属FB块以及大小等参数。将设计好后的各FB块在主程序块OB1中调用，依据自动線系统的逻辑顺序实现输送、搬运、暂存、协调生产的过程。编译无误后将系统组态和各系统功能块分别下载到PLC控制器中运行。

3 人机监控界面设计

HMI监控界面同样采用博图V13软件中的WINCC来设计。首先将专用的驱动程序添加到组态中，新建一个I/O设备连接，同时设定PLC属性。然后设计WINCC监控界面，在软件数据库中对数据进行组态，当从站各系统功能出现故障时，通过网络通信接收故障点的信息，以便维修人员进行现场作业。

4 结束语

基于ProfiNet网络的汽车生产线自动控制系统，能够对各从站系统实现实时监控和信息反馈，可以快速的定位故障位置，以便于维修人员进行进行检测和维护。ProfiNet网络相比于传统的MPI通信具有环境适应性高，安全可靠，故障恢复时间短等特点，能够降低维修诊断成本，提高车间生产效率。

参考文献

[1]胡健.西门子7S一3004/00PLC工程应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007，（3）.

[2]崔坚.TIA-博图软件——STEP7 V11编程指南[M].北京：机械工业出版社，2012，（4）.

[3]颜飞飞.基于PROFINET技术的PLC控制系统的设计[J].中国仪器仪表，2013，（S1）：119121.

[4]王灿钊.基于PROFINET与S7-300PLC的汽车厂连廊自动控制系统设计[J].汽车工艺与材料，2017，（3）：5761.