基于现场总线的PLC与组态技术在数控技术中的应用

0 引言

　　现场总线技术是当今自动化领域的发展热点之一，它被誉为自动化领域的局域网，主要应用在生产现场和微机化测控设备上，也称为开放式、数字化和多点通信的底层控制网络。它的特点是可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低廉和维护成本低。先进制造业企业在生产过程中，为了能对工艺或品质等因素进行控制，提高工作效率，管理整个资源，实现设计、加工管理一体化，更重要的是能快速响应意外结果，采用基于现场总线的PLC与组态控制技术进行实时监控不失为一种好方法。本文主要阐述了在分析现场总线技术的基础上，针对先进制造业设备的生产实际，利用PLC监控网络与组态软件进行实时控制。同时介绍了采用ActiveX技术进行组态软件设计的方法。

1 现场总线技术简介

　　现场总线技术是一种分布式现场实时数据计算机网络，它可以将生产过程中的要素通过传感器进行实时采集、传输和显示，进行实时监测和控制任务。它是把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以互相沟通信息，共同完成工作任务的网络系统和控制系统。现场总线是新型的自动化系统，位于生产控制和网络结构的底层，具有开放统一的通信协议，肩负着生产第一线的测量控制的特殊任务。本文以浙江工业职业技术学院数控技术实训中心所采用Profibus现场总线为例进行分析研究，在长三角地区有较强的代表性。

　　Profibus是Prods Fie1d13us的缩写，它由西门子等公司开发研制的现场总线技术，是开放式现场总线国际标雕之一。许多生产厂商生产的设备都提供了Profibus接口。Profibus的控制系统包括主站和从站，主站决定总线的数据通信，它能占用总线，可以传输报文，如果没有外界请求也可以发送信息;从站是一些外围设备，包括输人、输出装置、驱动器和测量发送器等，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时，向它发送信息。Profibus的传输技术分为三种类型，分别是Profibus-DP,Profibus- FMS和Profibus-YA，它们分别适合不同的场合。1) Profibus-DP应用于现场级，适用于自动控制系统与现场设备之间的实时通信，它采用RS-485传输技术;2) Profibus-FMS适用于车间级，要求提供较大数据量的通信服务，它也采用RS一485传输技术;3 ) ProfibusPA用于过程自动化设计，采用IEC1158 - 2传输技术。RS- 485是Profibus最常用的一种传输技术，通常称为H2，采用屏蔽双绞线或光缆，它操作简单，总线结构允计增加或减少站点。

2 基于现场总线的PLC监控网络设计

　　2.1 网络结构

　　在浙江工业职业技术学院数控系数控技术实训中心，过去40余台数控设备都是“各自为政”，各系统无法实现数据共享。采用如图1所示的基于现场总线的PLC监控网络结构进行技术改造后，建立了各数控设备之间的网络连接，为信息共享做好了物理平台。整个PLC监控网络采用主从结构的Profibus-DP网络，包括2个主站和8个从站，主站有DPM1(主控PLC)和DPM2 (PC机)，从站是#I-#8o DPMI主站和DPM2主站之间的通信采用令牌传递方式进行。DPMI主站主要完成整体控制过程，通过令牌和DPM2主站交换数据。DPM2主站主要运行组态软件包，对设备进行硬件配置以及监控程序设计，然后对现场控制对象进行实时监测和控制。DPMl作为8个从站的主站，DPMI主站与从站之间的通信采用主从方式。勺从站(加工中心系统PLC)完成对10台加工中心任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#2从站(数控洗床系统PLC)完成对8台数控铣床任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#3-#5从站分别完成对其余30多台数控车床、线切割、电火花等设备任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#6-#8从站(中断环PLC)挂在总线上，并可连接多台PLC对中继设备进行控制。

图1基于现场总线的PLC监控网络结构 

　　2.2 通信网络配置及工作过程

　　通信网络配置分为软件配置和硬件配置。软件配置主要包括对通信速率、从站数量、站地址和输人输出数据格式的配置。软件配置完成后，一旦接人监控信号，在CPU中的对应地址将会自动生成。硬件配置主要是将从站模块的拨码开关设置成与软件设置一致。主从站的工作过程是:首先Profibus-DP主站建立网络，经初始化启动Profibus-DP从站，主站将参数信息和I/O配置写人到从站，然后主站从从站那里读出诊断信息，并验证Profibus-DP已接收到的参数及I/O配置，接着主站开始和从站交换I/O数据。一旦Profibus-DP主站将参数和I/O配置写人到从站，而且从站已从主站那里接受了参数配置，则主站就拥有了那个从站，从站只能接受主站的请求。主站通过将其输出区的信息发送给从站的输出缓冲区，与其每个从站交换数据。从站将其输人缓冲区的数据返回给主站的输人区，以响应来自主站的信息。

　　2.3监控程序设计

　　在监控计算机(DPM2)上实现对下位机现场控制对的监测和控制，以完成对所有数据的实时采集和处理:从站采集的数据首先传给DPMI主站，然后再由DPMl传送给DPM2监控计算机，而DPM2的控制信息通过DPMI传送给现场控制对象。监控程序设计可采用目前市场上流行的组态软件，如:清华紫光的组态王Kingview,台湾研华的组态软件Genie和通态的组态软件MCGS等。通过PLC反馈的数据在组态软件下进行实时监控和模拟流程，包括各组设备的工作进程、状态和位置偏差的图形实时显示，并且以报表曲线输出。也可采用Activex技术对组态软件的界面组态工具进行开发后，再进行监控程序设计。