基于PROFIBUS现场总线的复卷机电控系统设计

3 网络硬件组态

　　PROFIBUS-DP网络的拓扑结构口[3]有3种：纯主一从、主一主、多主一从混合系统。主站有：PLC、PC机、PG编程器、OP操作面板等；从站主要有：变频器、远程I/O、PLC等设备。由图2可知，该复卷机系统是多主一从混合系统，因此整个网络的硬件组态包括3部分：主站组态、从站组态、OP面板组态。

　　主站选用S7-300 PLC，CPU选用315-2DP，该CPU有2个DP接口，1个可设置成MPI口，用于与上位机和PG编程器的通信，另外一个DP口用于PROFIBUS-DP网络通信用。OP270面板自身带有DP口可以挂在总线上，变频器通过PROFIBUS通信卡CBP2和网络相连，实现与PLC和OP面板的通信。

　　3.1 主站组态

　　主站是以网络组态的方式组态的。在STEP7中创建一个新项目，插入一个S7-300站，在进行硬件组态时选择PLC的CPU型号为315-2DP，在组态PLC硬件时，当在机架中放置CPU时，产生一条总线，并设定主站地址为2，在进行网络参数组态时设置传输速率为"1.5 Mb/s"，行规为"DP"，并将其设置为主站（DP Masller）。

　　3.2 从站组态

　　在PROFIBUS-DP选项中选择IM153并拖到DP网络上，地址设定为3，4，接着分配I/O地址。然后在PRO-FIBUS-DP选项中选择"Vector Control DCUVC"，拖动连接到DP网络上，并定义从站的地址为5。除组网设定地址和通信速率外，还需要组态变频器的通信区。双击变频器从站图标，进入通信接口区。选择PZD为"Enterlength"，通信方式根据复卷机传送数据的要求，把MasterDrive的PPO类型设为PPO2，PKW的通信区起始地址为256，PZD的通信区起始地址为264。然后接着组态另一个从站，直至3个变频器从站组态完毕。

　　3.3 OP面板在网络中的组态

　　OP面板也可以作为从站接入DP网。但是OP面板本身要求的实时性较高，数据的修改需要及时发送。如果采用从站方式，系统数据的传送方式是主站查询方式，实时性不能满足要求，因此采用主站的方式接入网络，形成一个混合系统。OP面板在STEP7中只需要将OP面板图标拖放到ROFIBUS网络上，并设定地址缺省为1。这样整个网络系统就组态完成，如图3所示。

4 PROFIBUS-DP网络的通信方式

　　PROFIBUS-DP网络通信包括两个方面：PLC与变频器和远程I/O，PLC与OP面板之间的通信。主站之间的通信采用令牌方式，主站与从站之问采用主站顺序查询从站方式，从站不能访问主站，从站之间也不能相互访问。OP面板与变频器和远程I/O的通信通过PLC完成。

　　在系统中，主站通信主要是PLC与OP操作面板之间的数据传输。PLC属于第一类主站，OP操作面板属于第二类主站。由于采用令牌环方式，系统初始化时，PLC自动负责生成令牌，并对令牌的分配进行管理。拥有令牌的站点有权对总线控制，发送或读取某个站点的数据。PLC首先将总线上的主站按站号大小排列形成一个递加的序列，再将序列的第一个站点作为最后一个站点的下一站点，这样就形成了一个逻辑环。

　　PLC与变频器的通信是通过变频器中插入的通信模块CBP2板来实现的，ET200M是通过接口IM153连接在PROFIBUS-DP上与主站PLC进行通信，PLC主站周期性轮询从站。PLC对ET2020M的操作与PLC本身集成的I/O口的操作一样。PLC对变频器从站读写通过调用S7-300 PLC内部的系统功能SFC14和SFC15实现。在组态时设定的PPO2有6个PZD字同时使用，用来发送控制字和电机给定频率，接收变频器状态字和频率返回值，监视变频器的电压、电流、电机转矩、电机功率等参数；4个PKW字用来通过PROFIBUS-DP总线修改电机或变频器参数。数据传输的帧结构如图4所示。

5 结 语

　　这种基于现场总线的复卷机控制系统是一种先进的控制系统，由于该系统采用了现场总线和PLC技术组成的全数字化交流传动控制系统，有效避免了干扰，提高了系统的控制精度，缩短了设备的安装、调试周期。采用OP面板数字化操作，使操作简单，能动态监控被控设备的运行过程和状态，修改和设定工艺参数，了解报警信息，使维护更加方便，大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率和可靠性。