王　振（西安捷通水射流技術應用有限公司，陜西　西安　710119）

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淺談基于Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)

王振（西安捷通水射流技術應用有限公司，陜西西安710119）

隨著現(xiàn)代科學技術的不斷推動，現(xiàn)場總線控制技術得到較大的發(fā)展，逐漸向智能化與數(shù)字化趨勢轉變，有助于提升系統(tǒng)的運作效率，減輕系統(tǒng)負荷。本文主要針對目前實際生產(chǎn)中應用最廣泛的Profibus-DP總線控制技術在機電一體化系統(tǒng)中的應用展開研究。

Profibus-DP總線控制；機電一體化；現(xiàn)場總線

現(xiàn)場總線是一種連接現(xiàn)場智能設備及自動化系統(tǒng)的、具有開放性和數(shù)字化的雙向多點通信基礎控制網(wǎng)絡。目前實際生產(chǎn)中應用的現(xiàn)場總線有：CAN bus、DE-VICENET、Profibus、Interbus等，在這些不同協(xié)議形式的現(xiàn)場總線中，Profibus總線的應用最為廣泛。

1　Profibus-DP總線控制概述

Profibus-DP總線控制是以ISO修訂的OSI標準七層參考模型作為基礎建立的網(wǎng)絡協(xié)議，其主要對OSI標準第三層到第六層協(xié)議進行優(yōu)化，從而具備更高的適應力，能夠在實際生產(chǎn)以及加工制造等方面起到較好的應用效果。Profibus-DP總線控制的主要特征為：①開放性。Profibus-DP總線控制具備較好的公開性，才能夠實現(xiàn)不同生產(chǎn)廠商制造設備之間的信息交流，并且個人用戶也能夠根據(jù)自身的需求對不同廠商生產(chǎn)的設備進行重新調(diào)整，進而滿足自身的需求。②操作性。由于Profibus-DP總線控制需要實現(xiàn)不同設備、不同系統(tǒng)之間以及設備與系統(tǒng)之間的信息交流，同時也需要在不同廠商生產(chǎn)的設備之間進行相互交換，進而提升系統(tǒng)的可操作性。③高度分散性。Profibus-DP總線控制具備較高的分散性，其通過與DCS集中與分散控制系統(tǒng)相結合，進而完善了Profibus-DP總線控制系統(tǒng)的功能，促使系統(tǒng)運作更加簡單，提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。④數(shù)字化。Profibus-DP總線控制系統(tǒng)中的隔層以及不同層次之間的總線均采用數(shù)字化技術，進而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群托省?/p>

2　基于Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)

2.1Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)結構

基于Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)主要選擇SIEMENS公司生產(chǎn)的S7-300服務器為主站，同時配備S7-200服務器及變頻器為下位機，并在該系統(tǒng)中采用了計算機技術及通信技術進行自動化監(jiān)控。通過自動化監(jiān)控技術對一體化系統(tǒng)內(nèi)部的各個設備進行監(jiān)控與管理，并由Profibus-DP總線及下位機實現(xiàn)對系統(tǒng)各單元的連接與操控。

機電一體化系統(tǒng)的主要構成為備料單元和倉儲單元等八個從站。備料單元中主要通過Profibus總線和PPI電纜將觸摸屏、CPU315、EM277、CPU226以及個人計算機相互連接起來；而倉儲單元則通過Profibus總線電纜將EM277、CPU226以及個人計算機相互連接起來。通過八個從站的協(xié)同運行實現(xiàn)自動化控制。

Profibus-DP總線控制系統(tǒng)聯(lián)系生產(chǎn)各結構為：站點1-上料單元、站點2-夾緊單元、站點3-沖壓單元、站點4-打磨拋光單元、站點5-涂裝單元、站點6-檢測單元、站點7-分離單元、站點8-入庫單元。站點1-4主要是進行上料、夾緊、沖壓以及打磨拋光等工作；站點5能夠對加工工件進行噴漆、加熱、散熱等工作，從而對系統(tǒng)內(nèi)部溫度進行控制；站點 6能夠對加工產(chǎn)品進行全面檢測；站點7主要是進行正品與廢品區(qū)別和分離；站點8主要是通過現(xiàn)代信息技術以及計算機編程，進而完成對電機的控制以及成品的入庫。在此系統(tǒng)中，每個站點則通過同步帶進行產(chǎn)品傳送，進而使每個站點能夠獨立完成工作，同時將每個站點之間緊密相連，通過對各站點的檢測以及管理，實現(xiàn)對系統(tǒng)的高效控制。

Profibus-DP總線控制從控制類型上講，主要分為三個部分：環(huán)境控制、流程控制、多速控制。這三者之間的關系是：通過對多速控制的研究，將得到的內(nèi)部視圖給予環(huán)境控制，流程控制通過與環(huán)境控制的交流，將系統(tǒng)控制的影響因素反饋給流程控制，再由流程控制對多速控制的反饋進行決策，并最終決定系統(tǒng)控制，這明確了每個部分之間的相關性以及職責范圍，對系統(tǒng)控制設計及構建的行為結構具有規(guī)范作用。多速控制是由流程控制進行決定的，流程控制的基礎工作就是設計控制，設計控制的結果表述可分為兩種：①由流程控制給出的“決策”；②系統(tǒng)控制內(nèi)部元素及期間關系給出的“內(nèi)部視圖”。流程控制通過與環(huán)境控制的交流，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)控制設計的速度。多速控制之間不是常規(guī)的組件與組件間的經(jīng)由組件或接件的結束關系，而是更為常規(guī)的元素概念。

2.2Profibus-DP總線控制的機電一體化系統(tǒng)中存在的問題分析

上面提及的傳統(tǒng)的Profibus-DP總線控制技術在學界被認為是系統(tǒng)一體化解決方案的一種。機電一體化系統(tǒng)是利用Profibus-DP總線控制技術實現(xiàn)的，其主要應用在管理以及系統(tǒng)中的管理中。在系統(tǒng)中的應用的實質就是一種系統(tǒng)一體化解決方案，其能夠讓多個系統(tǒng)連接到實際生產(chǎn)，為每個系統(tǒng)提供個性化系統(tǒng)環(huán)境。而在UNIX系統(tǒng)中也有應用類似的技術，其具有X-windows系統(tǒng)的靈活性，同時具有VNC系統(tǒng)的優(yōu)越性，能夠讓系統(tǒng)得到個性化服務。但是這種系統(tǒng)虛擬及解決方案不具備較好的擴展性，一臺服務對系統(tǒng)提供的設定參數(shù)數(shù)量是有限的，使用設定參數(shù)系統(tǒng)的CPU、IO以及網(wǎng)絡等方面會對其他系統(tǒng)體驗造成一定的影響，同時系統(tǒng)之間的隔離性不高；此外，不同操作系統(tǒng)無法同時運行。

Profibus-DP總線控制技術與傳統(tǒng)技術相比更加有效、安全，但是這種方法的弊端也比較突出，比如；這種方式的擴展性不高，每位系統(tǒng)的實際生產(chǎn)是固定的，其只能在固定實際生產(chǎn)使用參數(shù)，而由于系統(tǒng)的實際生產(chǎn)是固定的，無法均衡計算負荷，若實際生產(chǎn)中使用設定參數(shù)的系統(tǒng)過度，而其他部分的系統(tǒng)少，導致計算資源沒有得到充分利用，同時對系統(tǒng)的使用性能造成一定的影響。解決該問題的思路為：為計算機集群中的每一位系統(tǒng)配置一臺虛擬器，將設定參數(shù)通過網(wǎng)絡傳遞給系統(tǒng)，在其中的虛擬機分配和部署中，系統(tǒng)是無法進行控制的，虛擬機在系統(tǒng)程序的有效控制中，將集群內(nèi)的計算節(jié)點進行合理分配，當系統(tǒng)偏離設定參數(shù)時，能夠將系統(tǒng)的個人配置保持下來，并讓虛擬機離線，從而節(jié)省計算資源，這種方法具有較好的擴張型和隔離性，同時能夠充分利用計算資源。

3　結束語

通過應用Profibus-DP總線控制技術，不同生產(chǎn)廠商的控制產(chǎn)品僅需要配置相應的總線接口，就可實現(xiàn)主站與從站、從站與從站之間的通信，并且適用于高速及周期在毫秒級的數(shù)據(jù)傳輸和大規(guī)模復合通信場合。

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王 振（1981-），男，工程師，本科，主要從事自控設計方面的工作。

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2095-2066（2016）14-0026-02

2016-3-1