基于PROFIBUS通訊實現(xiàn)PLC對絕對值編碼器的應用

沈盛陽，胡 鵬，劉呂昌

（揚力集團股份有限公司，江蘇 揚州 225000）

鋼軌道岔是鐵路人隨著全球經(jīng)濟環(huán)境愈加復雜，機床行業(yè)滑坡嚴重，競爭進一步加劇，客戶對機床控制的自動化要求越來越高，各種智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機構的使用導致工業(yè)現(xiàn)場有大量的信息傳遞需要處理，傳統(tǒng)的開關量及模擬量信號已經(jīng)不能滿足當前的機床控制需求。而現(xiàn)場總線可以讓控制設備與系統(tǒng)步入信息網(wǎng)絡的行列，通過一根數(shù)據(jù)線可掛靠多個設備，結(jié)構簡化，減少信號的往返傳輸，提高工作的穩(wěn)定性。

本文以西門子S7-1500PLC、SICK多圈絕對值編碼器組成的通訊控制系統(tǒng)為例，研究PLC與編碼器之間的PROFIBUS通訊的具體實現(xiàn)方法，為機床設備的自動剎車提供一種技術參考。

1 PROFIBUS總線

作為眾多現(xiàn)場總線家族中的一員，它是歐洲工業(yè)界得到最廣泛應用的一個現(xiàn)場總線標準，既符合德國標準DIN19345及歐洲標準EN50170，同時也在2000年成為國際標準IEC61158的組成部分，是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標準之一。PROFIBUS基于RS485網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)傳輸方式屬于半雙工，現(xiàn)場安裝方便，通信速率可以根據(jù)PROFIBUS電纜長度靈活調(diào)整，具體關系如表1所示。

表1 PROFIBUS通信速率與通訊距離對應

使用PROFIBUS電纜連接站點時，每個網(wǎng)段最大為32個站點，在總線的兩端必須使用終端電阻，如果PROFIBUS站點大于32個，就要使用RS485中繼進行擴展，在一條PROFIBUS總線上最多可以安裝9個RS485中繼器。

圖1 PROFIBUS的訪問機制

連接在PROFIBUS網(wǎng)絡上的主站按照地址分配的順序組成一個環(huán)網(wǎng)，即邏輯令牌環(huán)。從低地址到高地址傳遞，傳遞到最高地址后，則跳回到最低站地址重新開始，在此期間，擁有令牌的主站可以對其從站發(fā)送或讀取數(shù)據(jù)。如圖1所示，主站1和主站2可以傳遞令牌，有了令牌就有了對總線的訪問權，而從站1、2、3不能得到令牌，只能被主站輪詢。

2 SICK編碼器

SICK PROFIBUS接口高分辨率絕對值型編碼器具備智能診斷功能與高速數(shù)據(jù)傳輸功能，可實現(xiàn)工業(yè)自動化應用中的絕對位置與速度的高精度測量。多種電子配置選項如分辨率、旋轉(zhuǎn)方向、測量速度單位均可在PLC組態(tài)中更改。該產(chǎn)品還配備零點設置按鈕，便于客戶在現(xiàn)場設置零點或設置編程數(shù)值，在維護和安裝時，客戶還可輕易地移除設備上的連接適配器，提高現(xiàn)場的生產(chǎn)效率。

本文中所選用的SICK編碼器型號為AFM60-P4H13×13，它的單圈分辨率為13位，即轉(zhuǎn)動1圈發(fā)出8192個脈沖。該編碼器的最大量程為8192圈，根據(jù)所需安裝機械結(jié)構的傳動比，即可算出可測量的實際范圍。根據(jù)我多年的現(xiàn)場經(jīng)驗，SICK編碼器的應用的重點應該在接線上，如圖2所示，相應的針腳對應所需的接線，額外需要說明的是，由于工業(yè)現(xiàn)場干擾源較多，為了保證編碼器的正常運行，在接線時，要將PROFIBUS專用電纜插入編碼器電纜接頭組件的白色收緊環(huán)內(nèi)，剝出金屬屏蔽層并反向彎曲，然后擰緊電纜接頭，以保證屏蔽層與編碼器本體緊密接觸，達到多點接地從而消除干擾。

圖2 SICK編碼器接線說明

3 西門子S71500控制器與SICK編碼器通訊配置

3.1 硬件配置

本文以西門子PLC CPU1513F-1PN為例進行配置，具體型號見表2。

表2 硬件配置

所有的硬件連接完畢后，由于PROFIBUS接口的編碼器不能夠按照網(wǎng)段自動分配IP地址，所以需要對編碼器進行手動撥碼，設置設備節(jié)點地址。具體操作是在編碼器尾部的適配器上進行，如圖3所示，通過S1的DIP撥碼開關1～7設置編碼器的地址，設置范圍為0～127，本例中設置為10，把S1的4和2撥成ON即可。因為本例中的編碼器為PROFIBUS網(wǎng)絡中的最后一個站點，要將S2（總線終端電阻）的1和2撥成ON。

圖3 SICK編碼器適配器

3.2 軟件配置

圖4 硬件組態(tài)

在TIA Portal V14軟件中添加相應的設備，并加載SICK官方的GSD文件，完成系統(tǒng)的硬件組態(tài)，如圖4所示。雙擊圖4中Slave_1圖標，進入編碼器的參數(shù)設置界面，如圖5所示。在本例中，我們需要設置 Code sequence(編碼器方向)，Steps per turn-(15_00)(每圈分辨率)，Measuring range(steps)-(15_00)(最大圈數(shù))，在這里將編碼器方向設置為順時針，每圈分辨率為360，最大圈數(shù)為1。

圖5 編碼器參數(shù)設置

完成以上的設置后，需要在PLC的程序?qū)幋a器的輸出值進行處理，編碼器的輸出值是一個32位的數(shù)據(jù)，每一位的具體含義見圖6，往編碼器中寫入預設值，必須將31位（標記為m）置1，成功寫入后，再將31位置為0即可。

圖6 編碼器輸出值結(jié)構圖

經(jīng)過以上的設置和程序編寫，S7-1500與SICK編碼器的PROFIBUS通訊就已經(jīng)完成。

4 結(jié)論

本文所述的基于PROFIBUS總線的S7-1500控制器與SICK編碼器通訊方法已經(jīng)成功應用在我司壓力機的電子凸輪的數(shù)值顯示和剎車功能上，依托PROFIBUS總線的高實時性、高帶寬和SICK編碼器的高分辨率，使得機床在運行過程中的穩(wěn)定性、安全性有了極大的提高，方便直觀的為客戶顯示機床當前的實時狀態(tài)，更進一步的為機床實現(xiàn)智能化夯實了基礎。