基于Profibus-DP现场总线技术的电气改造设计研究

李万军 张砚晨

摘要：Profibus-DP现场总线技术具有非常好的兼容性，而且其还具有传输信息量大、传输速度可变、传输稳定、传输导线介质多样化等优势，是一种应用非常广泛的通讯技术，尤其在工业控制领域的应用非常普遍。滤棒储存输送系统的电气系统存在问题，为了让其更好的用于生产，文章基于Profibus-DP现场总线技术对电气系统进行改造设计。首先对Profibus-DP现场总线技术进行简要介绍，然后分析对滤棒储存输送系统的电气系统进行改造的必要性，最后研究基于Profibus-DP现场总线技术的电气改造设计，是通过对硬件和软件分别进行改造设计，改造后滤棒储存输送系统更加的完善。

关键词：Profibus-DP;现场总线技术;电气;改造

中图分类号：TP273 文献标识码： A 文章编号：1001-5922（2019）09-0030-05

1Profibus-DP现场总线技术概述

现场总线的作用就是实现信息交换，这种信息交换既可以是控制器与控制器之间，也可以是控制器与仪表之间。因其具有非常多的优点，比如：应用简单、高效便捷、传输信息准确等，正因为其优点较多，所以在实际工作中应用较为广泛。

Profibus-DP现场总线技术最为主要的作用就是给“单元级”或“现场级”的SIMATIC工业自动控制系统提供网络通讯技术应用支持，在高频度大数据量的传输中应用很少。Profibus-DP现场总线技术能与很多的产品进行使用，即具有很大的兼容性，正因为这一点所以能够在工业中广泛应用。而且，Profi.bus-DP现场总线技术与其他的技术相比，其传输的信息量是非常大的，Profibus现场总线网络的传输导线介质类型也比较丰富，有线方式和无线方式都可以使用，当采用光纤传输时，其传输距离可达90km。该技术还可以控制其传输速度，在不同的情况下可以进行调控。该技术在传递过程中也是比较稳定的。总而言之，Profibus-DP现场总线技术具有非常大多的优势，在工业控制中能够发挥出重要的作用。所以本文将其运用于滤棒储存输送系统的电气系统中进行改造，用于提高系统各方面的优势。

Profibus-DP现场总线的网络拓扑结构如图1所示，是通过已经设计好的地址顺序组成的网络，然后形成环状逻辑拓扑。

2滤棒储存输送系统中的电气改造原因

滤棒储存输送系统作为烟草机械铺连设备，在烟草企业中扮演着重要角色，其生产工艺流程如图2所示。该系统的作用在于使烟草的加工生产实现自动化，还有就是将滤棒进行干燥和固化，使之符合接下来的工艺要求。

滤棒储存输送系统在工作时会存在一些问题，从而降低了其使用效率，具体问题如下：①输送通道的电机采用的是直流控制系统，该直流方式就会造成企业的成本过高，也不利于维修保养。②主体部分的电机采用的是三相交流力矩电机，该电机的控制模式比较容易操作，但是其灵活性不好，而且这种模式会造成滤棒的输送质量，不利于烟草企业的生产。③滤棒储存输送系统的机械较大，主控制器PLC距离其他检测点较远，这样就会造成信号传输会比较长，就会容易死受到影响，从而影响到系统的工作效率。④滤棒储存输送系统没有人机交互界面，而且对于现代科技要求来说，这样的控制模式已经不符合时代的要求，会造成系统信息集成差，存在很多不方便之处。

由于上面的种种原因，其中最终要的一个问题就是电气设备的不完善，所以为了提高电气设计，本文基于Profibus-DP现场总线技术对滤棒储存输送系统的电气进行改造。

3基于Profibus-DP现场总线技术的电气改造设计

3.1总线控制系统硬件设计

选用西门子$7-300系列中CPU315-2DP可编程序控制器作为主控制器，选用它的重要原因在于能够很方便组成Profibus网络，能够对系统进行控制，而且该控制器的反应速度比较快，功能也比较强大，而且其系统运行也非常的稳定。为了使系统控制更加完善，需要选择与其相适应的配备，文章选择了带Profibus总线接口的变频器，还有TP270触摸屏，因为该接触屏含MPI/DP等通信接口。电控系统的整体结构示意图如图3所示。

电气系统通过Profibus-DP现场总线技术的改造，其通信过程如图4所示，在系统整个的工作过程中，其中包含着m+m作阶段，第一个阶段为主站和从站进行初始化，然后建立总线上的令牌环，再就是初始化主站和从站的通信，最后就是与用户进行数据通信。

3.2总线控制系统软件设计

3.2.1数据通信格式定义

PLC与计数器和变频器通信会存在一系列相关的通信协议，文章将对PLC与变频器的协议进行详细讲述。首先变频器Profibus协议提供被称作“PPO”的通行对象，该PPO就是参数过程数据对象。PPO的作用在于传输数据信息，上页图4中就是PPO的结构及类型。文章选择PP04作为通信协议，其中格式的定义、控制字的定义和状态字的定义分别如表1、2、3所示。于是监控是通过巡回访问相应的I/O地址来完成的。

3.2.2程序设计

1）PLC控制程序设计为了使设计过程比较简单化，将整个的控制划分为几个小的任务，并且采用结构化的编程方法，通过对每一个小的任务完成，来完成整个控制程序。该系统中还设置了可以用于通用的功能块，使控制系统更加功能化、智能化。为了自动检测系统是否出现问题，还专门设计了自我诊断功能。

2）触摸屏组态界面设计为了实现人机对话，设计了用户主界面、模式选择界面、过程参数设置界面、过程数据显示界面、系统设置界面、报警信息界面，每一个界面下面都有可供选择进入不同的界面。

3）Profibus-DP子站诊断程序设计该系统的特点在于总线集成设备最主要的两个部分是分布式I/O模块和变频器，然后总线的规模又比较小，总共也就只有十五个站点。诊断程序设计采用从站诊断方式，该诊断设计的依据就是从OB86诊断中断组织中获取有用诊断信息。

3.3系统改进功能设计

通过Profibus-DP现场总线技术改造滤棒储存输送系统的电气，其主要的改造设计如下：通道处和主体部分的电机通过Profibus-DP现场總线技术进行改造，使其变为变频调速控制。系统的协调控制是通过分布式I/O模块决定。系统的集成化更加庞大，可以获得非常多的信息。人机界面的设计，可以让用户体验到更加先进、方便、有效的设计，能让用于更加明白如何操作，可以提高整个工作的稳定性。

通过使用Profibus-DP现场总线技术，电气改造后的系统更加的简便，让电气设计更加的简单，而且还能够使设计成本降低，继而为企业节约了相应的成本费用。通过对电气的改造，还增加了产品的生产质量。图5所示的就是改造后的系统。

4结语

综上所述，基于Profibus-DP现场总线技术的电气改造，提高了滤棒储存输送系统工作效率，还对系统的稳定性有所提高，增大了信息数据的准确性，还节约了电气成本，使系统更加的简单化，易于操作化，总的来说，基于Profibus-DP现场总线技术的电气改造，使滤棒储存输送系统更加的完善、功能更加的强大。对其改造时是通过对硬件和软件同时都改造，从而获得更大的优势。与传统的滤棒储存输送系统相比，改造后的系统有着非常明显的提高。