基于Profibus-DP現場總線技術的電氣改造設計研究

李萬軍 張硯晨

摘要：Profibus-DP現場總線技術具有非常好的兼容性，而且其還具有傳輸信息量大、傳輸速度可變、傳輸穩定、傳輸導線介質多樣化等優勢，是一種應用非常廣泛的通訊技術，尤其在工業控制領域的應用非常普遍。濾棒儲存輸送系統的電氣系統存在問題，為了讓其更好的用于生產，文章基于Profibus-DP現場總線技術對電氣系統進行改造設計。首先對Profibus-DP現場總線技術進行簡要介紹，然后分析對濾棒儲存輸送系統的電氣系統進行改造的必要性，最后研究基于Profibus-DP現場總線技術的電氣改造設計，是通過對硬件和軟件分別進行改造設計，改造后濾棒儲存輸送系統更加的完善。

關鍵詞：Profibus-DP;現場總線技術;電氣;改造

中圖分類號：TP273 文獻標識碼： A 文章編號：1001-5922（2019）09-0030-05

1Profibus-DP現場總線技術概述

現場總線的作用就是實現信息交換，這種信息交換既可以是控制器與控制器之間，也可以是控制器與儀表之間。因其具有非常多的優點，比如：應用簡單、高效便捷、傳輸信息準確等，正因為其優點較多，所以在實際工作中應用較為廣泛。

Profibus-DP現場總線技術最為主要的作用就是給“單元級”或“現場級”的SIMATIC工業自動控制系統提供網絡通訊技術應用支持，在高頻度大數據量的傳輸中應用很少。Profibus-DP現場總線技術能與很多的產品進行使用，即具有很大的兼容性，正因為這一點所以能夠在工業中廣泛應用。而且，Profi.bus-DP現場總線技術與其他的技術相比，其傳輸的信息量是非常大的，Profibus現場總線網絡的傳輸導線介質類型也比較豐富，有線方式和無線方式都可以使用，當采用光纖傳輸時，其傳輸距離可達90km。該技術還可以控制其傳輸速度，在不同的情況下可以進行調控。該技術在傳遞過程中也是比較穩定的。總而言之，Profibus-DP現場總線技術具有非常大多的優勢，在工業控制中能夠發揮出重要的作用。所以本文將其運用于濾棒儲存輸送系統的電氣系統中進行改造，用于提高系統各方面的優勢。

Profibus-DP現場總線的網絡拓撲結構如圖1所示，是通過已經設計好的地址順序組成的網絡，然后形成環狀邏輯拓撲。

2濾棒儲存輸送系統中的電氣改造原因

濾棒儲存輸送系統作為煙草機械鋪連設備，在煙草企業中扮演著重要角色，其生產工藝流程如圖2所示。該系統的作用在于使煙草的加工生產實現自動化，還有就是將濾棒進行干燥和固化，使之符合接下來的工藝要求。

濾棒儲存輸送系統在工作時會存在一些問題，從而降低了其使用效率，具體問題如下：①輸送通道的電機采用的是直流控制系統，該直流方式就會造成企業的成本過高，也不利于維修保養。②主體部分的電機采用的是三相交流力矩電機，該電機的控制模式比較容易操作，但是其靈活性不好，而且這種模式會造成濾棒的輸送質量，不利于煙草企業的生產。③濾棒儲存輸送系統的機械較大，主控制器PLC距離其他檢測點較遠，這樣就會造成信號傳輸會比較長，就會容易死受到影響，從而影響到系統的工作效率。④濾棒儲存輸送系統沒有人機交互界面，而且對于現代科技要求來說，這樣的控制模式已經不符合時代的要求，會造成系統信息集成差，存在很多不方便之處。

由于上面的種種原因，其中最終要的一個問題就是電氣設備的不完善，所以為了提高電氣設計，本文基于Profibus-DP現場總線技術對濾棒儲存輸送系統的電氣進行改造。

3基于Profibus-DP現場總線技術的電氣改造設計

3.1總線控制系統硬件設計

選用西門子$7-300系列中CPU315-2DP可編程序控制器作為主控制器，選用它的重要原因在于能夠很方便組成Profibus網絡，能夠對系統進行控制，而且該控制器的反應速度比較快，功能也比較強大，而且其系統運行也非常的穩定。為了使系統控制更加完善，需要選擇與其相適應的配備，文章選擇了帶Profibus總線接口的變頻器，還有TP270觸摸屏，因為該接觸屏含MPI/DP等通信接口。電控系統的整體結構示意圖如圖3所示。

電氣系統通過Profibus-DP現場總線技術的改造，其通信過程如圖4所示，在系統整個的工作過程中，其中包含著m+m作階段，第一個階段為主站和從站進行初始化，然后建立總線上的令牌環，再就是初始化主站和從站的通信，最后就是與用戶進行數據通信。

3.2總線控制系統軟件設計

3.2.1數據通信格式定義

PLC與計數器和變頻器通信會存在一系列相關的通信協議，文章將對PLC與變頻器的協議進行詳細講述。首先變頻器Profibus協議提供被稱作“PPO”的通行對象，該PPO就是參數過程數據對象。PPO的作用在于傳輸數據信息，上頁圖4中就是PPO的結構及類型。文章選擇PP04作為通信協議，其中格式的定義、控制字的定義和狀態字的定義分別如表1、2、3所示。于是監控是通過巡回訪問相應的I/O地址來完成的。

3.2.2程序設計

1）PLC控制程序設計為了使設計過程比較簡單化，將整個的控制劃分為幾個小的任務，并且采用結構化的編程方法，通過對每一個小的任務完成，來完成整個控制程序。該系統中還設置了可以用于通用的功能塊，使控制系統更加功能化、智能化。為了自動檢測系統是否出現問題，還專門設計了自我診斷功能。

2）觸摸屏組態界面設計為了實現人機對話，設計了用戶主界面、模式選擇界面、過程參數設置界面、過程數據顯示界面、系統設置界面、報警信息界面，每一個界面下面都有可供選擇進入不同的界面。

3）Profibus-DP子站診斷程序設計該系統的特點在于總線集成設備最主要的兩個部分是分布式I/O模塊和變頻器，然后總線的規模又比較小，總共也就只有十五個站點。診斷程序設計采用從站診斷方式，該診斷設計的依據就是從OB86診斷中斷組織中獲取有用診斷信息。

3.3系統改進功能設計

通過Profibus-DP現場總線技術改造濾棒儲存輸送系統的電氣，其主要的改造設計如下：通道處和主體部分的電機通過Profibus-DP現場總線技術進行改造，使其變為變頻調速控制。系統的協調控制是通過分布式I/O模塊決定。系統的集成化更加龐大，可以獲得非常多的信息。人機界面的設計，可以讓用戶體驗到更加先進、方便、有效的設計，能讓用于更加明白如何操作，可以提高整個工作的穩定性。

通過使用Profibus-DP現場總線技術，電氣改造后的系統更加的簡便，讓電氣設計更加的簡單，而且還能夠使設計成本降低，繼而為企業節約了相應的成本費用。通過對電氣的改造，還增加了產品的生產質量。圖5所示的就是改造后的系統。

4結語

綜上所述，基于Profibus-DP現場總線技術的電氣改造，提高了濾棒儲存輸送系統工作效率，還對系統的穩定性有所提高，增大了信息數據的準確性，還節約了電氣成本，使系統更加的簡單化，易于操作化，總的來說，基于Profibus-DP現場總線技術的電氣改造，使濾棒儲存輸送系統更加的完善、功能更加的強大。對其改造時是通過對硬件和軟件同時都改造，從而獲得更大的優勢。與傳統的濾棒儲存輸送系統相比，改造后的系統有著非常明顯的提高。