基于PROFIBUS清花工序紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于PROFIBUS的清花工序 紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 學(xué)生姓名 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化07-2班 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2011年06月05日 鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目 基于PROFIBUS的清花工序紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：一、主要工作內(nèi)容深入學(xué)習(xí)PLC與總線(xiàn)技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用為完成設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。了解有關(guān)紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)要求，完成系統(tǒng)中相應(yīng)程序的編寫(xiě)與調(diào)試。進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)

2、試并撰寫(xiě)畢業(yè)論文。二、基本要求翻譯與設(shè)計(jì)有關(guān)的英文資料3000字以上。查閱與課題有關(guān)的資料，完成設(shè)計(jì)方案，方案應(yīng)具有實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性；編寫(xiě)3000字以上文獻(xiàn)綜述一份；寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上撰寫(xiě)畢業(yè)論文。三、主要參考資料1王永華,A.Verwer.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)及應(yīng)用教程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006,12.2秦益霖.西門(mén)子S7-300 PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京:電子工業(yè)出版社,2007.3邊春元,任雙艷,滿(mǎn)永奎等.S7-300/400 PLC使用開(kāi)發(fā)指南M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.完 成 期 限： 2011.03 2011.06 指導(dǎo)教師簽名： 專(zhuān)

3、業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 2011 年3月 1日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc294878348 摘要 HYPERLINK l _Toc294878349 ABSTRACT HYPERLINK l _Toc294878350 1 緒論 PAGEREF _Toc294878350 h 1 HYPERLINK l _Toc294878351 1.1 課題的研究背景 PAGEREF _Toc294878351 h 1 HYPERLINK l _Toc294878352 1.1.1 國(guó)內(nèi)外紡織廠信息集成技術(shù)的現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294878352 h 1 HY

4、PERLINK l _Toc294878353 1.1.2 紡織行業(yè)對(duì)信息集成技術(shù)的要求 PAGEREF _Toc294878353 h 1 HYPERLINK l _Toc294878354 1.1.3 總線(xiàn)技術(shù)在紡織信息采集中的應(yīng)用 PAGEREF _Toc294878354 h 2 HYPERLINK l _Toc294878355 1.2 課題研究的目的和意義 PAGEREF _Toc294878355 h 3 HYPERLINK l _Toc294878356 1.3 課題研究的主要內(nèi)容 PAGEREF _Toc294878356 h 3 HYPERLINK l _Toc294878

5、357 2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294878357 h 4 HYPERLINK l _Toc294878358 2.1 清花工序的介紹 PAGEREF _Toc294878358 h 4 HYPERLINK l _Toc294878359 2.2 鄭州宏業(yè)紡織廠的設(shè)備現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc294878359 h 4 HYPERLINK l _Toc294878360 2.3 基于總線(xiàn)技術(shù)對(duì)清花工序中主要設(shè)備參數(shù)的采集 PAGEREF _Toc294878360 h 4 HYPERLINK l _Toc294878361 2.3.1 清花工序總體技術(shù)方案設(shè)計(jì) PAG

6、EREF _Toc294878361 h 4 HYPERLINK l _Toc294878362 2.3.2 清花工序網(wǎng)絡(luò)配置的具體方案 PAGEREF _Toc294878362 h 5 HYPERLINK l _Toc294878363 2.3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294878363 h 6 HYPERLINK l _Toc294878364 3 系統(tǒng)主要硬件的介紹 PAGEREF _Toc294878364 h 8 HYPERLINK l _Toc294878365 3.1 EM277 PROFIBUS DP模塊 PAGEREF _Toc294878365 h

7、 8 HYPERLINK l _Toc294878366 3.1.1 EM277的介紹 PAGEREF _Toc294878366 h 8 HYPERLINK l _Toc294878367 3.1.2 EM277在數(shù)據(jù)采集中的作用 PAGEREF _Toc294878367 h 9 HYPERLINK l _Toc294878368 3.2 RS485/DP模塊 PAGEREF _Toc294878368 h 10 HYPERLINK l _Toc294878369 3.2.1 RS485/DP模塊的介紹 PAGEREF _Toc294878369 h 10 HYPERLINK l _Toc

8、294878370 3.2.2 RS485/DP模塊在數(shù)據(jù)采集中的作用 PAGEREF _Toc294878370 h 12 HYPERLINK l _Toc294878371 3.3 中繼器 PAGEREF _Toc294878371 h 13 HYPERLINK l _Toc294878372 3.3.1 中繼器的介紹 PAGEREF _Toc294878372 h 13 HYPERLINK l _Toc294878373 3.3.2 中繼器在信號(hào)傳遞中的作用 PAGEREF _Toc294878373 h 15 HYPERLINK l _Toc294878374 4 軟件設(shè)計(jì) PAGER

9、EF _Toc294878374 h 16 HYPERLINK l _Toc294878375 4.1 運(yùn)用STEP7對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件進(jìn)行組態(tài) PAGEREF _Toc294878375 h 16 HYPERLINK l _Toc294878376 4.2 EM277與S7-300 PLC通信程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294878376 h 20 HYPERLINK l _Toc294878377 4.3 RS485/DP模塊與S7-300 PLC通信程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294878377 h 20 HYPERLINK l _Toc294878378 4.4 系統(tǒng)信息采

10、集程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc294878378 h 22 HYPERLINK l _Toc294878379 5 上位機(jī)系統(tǒng) PAGEREF _Toc294878379 h 27 HYPERLINK l _Toc294878380 5.1 上位機(jī)監(jiān)控功能和智能管理功能的介紹 PAGEREF _Toc294878380 h 27 HYPERLINK l _Toc294878381 5.2 主要畫(huà)面的介紹 PAGEREF _Toc294878381 h 27 HYPERLINK l _Toc294878382 6 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc294878382 h 29 HYPE

11、RLINK l _Toc294878383 6.1 全文總結(jié) PAGEREF _Toc294878383 h 29 HYPERLINK l _Toc294878384 6.2 紡織信息采集系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展 PAGEREF _Toc294878384 h 29 HYPERLINK l _Toc294878385 致謝 PAGEREF _Toc294878385 h 30 HYPERLINK l _Toc294878386 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc294878386 h 31 HYPERLINK l _Toc294878387 附錄 PAGEREF _Toc294878387 h 32基

12、于PROFIBUS的紡織設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘 要目前，在紡織生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備的單機(jī)控制、傳統(tǒng)的生產(chǎn)和管理方法等還在廣泛使用，這大大制約著紡織企業(yè)信息化管理的發(fā)展。本課題把現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)應(yīng)用在傳統(tǒng)的紡織生產(chǎn)過(guò)程中，完成海量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，全面提高了工廠的生產(chǎn)效率和管理效能，使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了較好的生產(chǎn)管理的信息化。本系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題是解決單個(gè)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題，對(duì)于采用S7-200 PLC控制的設(shè)備，可運(yùn)用EM277 PROFIBUS DP擴(kuò)展模塊，將其作為從站連接到DP網(wǎng)絡(luò)中；配置RS-485通訊接口的控制設(shè)備，則選擇使用RS485/DP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。最后由DP主站通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊（

13、CP343-1）連接到以太網(wǎng)。上位機(jī)系統(tǒng)主要用于監(jiān)控和智能管理，其圖形界面按照生產(chǎn)線(xiàn)工藝流程布置，具有生產(chǎn)線(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示；重要參數(shù)的設(shè)定值、實(shí)際值實(shí)時(shí)顯示等功能。關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù) 紡織設(shè)備 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)PROFIBUS-BASED DATA ACQUISITIONSYSTEM OF TEXTILE EQUIPMENTSABSTRACTAt present, in the process of domestic textile production, equipments with individual control sys

14、tem, traditional method of production and management are widely adopting, which greatly restricted the development of textile enterprises information management. In the system, fieldbus has been used in the traditional textile production, the mass data has been acquisition and disposed real-timely,

15、the factorys production efficiency and the management performance have enhanced comprehensively, a better management of information technology will be achieved in the traditional industry.The key issue to this system is a single device networking. S7-200 PLC for the use of control equipments as a DP

16、 slave connected to the network, with using the EM277 PROFIBUS DP expansion module; To RS-485 communication interface configuration of control devices, Choosing to use RS485/DP protocol conversion module connected to the DP network. At last, by the DP master via Ethernet communication module (CP343-

17、1) connected to the Ethernet.Superior machine system is mainly used for monitoring and intelligent management, and its graphical interface layout according to the production line process, with a production line operating status display of key equipment, process parameters and equipment parameters in

18、 real time display; important parameter settings, the actual value of the real-time display and so on.KEY WORDS Data acquisition system PROFIBUS technology Textile equipments Industry Ethernet1 緒論1.1 課題的研究背景1.1.1 國(guó)內(nèi)外紡織廠信息集成技術(shù)的現(xiàn)狀我國(guó)紡織工業(yè)是一種粗放型經(jīng)營(yíng)方式，高水平的生產(chǎn)能力不足，而低水平的生產(chǎn)能力過(guò)剩。目前處于生產(chǎn)狀態(tài)的設(shè)備有25%屬于即將被淘汰的落后設(shè)備，而先進(jìn)的

19、設(shè)備嚴(yán)重不足。以自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)為例，現(xiàn)在世界上平均比重已達(dá)到24%以上，發(fā)達(dá)國(guó)家已超過(guò)了80%，而我國(guó)只有5%1-2。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的發(fā)展，我國(guó)紡織行業(yè)這種勞動(dòng)密集型的生產(chǎn)已經(jīng)不能適應(yīng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，缺少整體網(wǎng)絡(luò)的控制。（2）生產(chǎn)者和管理者之間沒(méi)有建立有效的連接導(dǎo)致資源優(yōu)化調(diào)度不能順利進(jìn)行。（3）落后的設(shè)備，強(qiáng)大的勞動(dòng)強(qiáng)度，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。將信息技術(shù)與企業(yè)的管理、業(yè)務(wù)、生產(chǎn)、發(fā)展過(guò)程緊密結(jié)合起來(lái)，增強(qiáng)紡織企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，無(wú)論是ERP還是FCS、DCS，都是實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化的一種手段，都代表著一種先進(jìn)的自動(dòng)化方案及管理理念。確保它們的成功實(shí)施，就需要企業(yè)擁有最

20、基本的生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)，亦需要企業(yè)改革現(xiàn)有的阻礙發(fā)展的管理理念。在國(guó)外，由于機(jī)電一體化程度比較高，在紡、織、絡(luò)筒等棉紡生產(chǎn)的工序中，基本都已經(jīng)擁有信息集成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的控制，相繼出現(xiàn)了一批所謂的“無(wú)人紡織廠”。在生產(chǎn)過(guò)程中可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、人機(jī)對(duì)話(huà)等自控功能，多生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的集中控制很容易實(shí)施3-4。1.1.2 紡織行業(yè)對(duì)信息集成技術(shù)的要求紡織行業(yè)屬于典型的制造業(yè)之一，面對(duì)變幻莫測(cè)，動(dòng)態(tài)多變的全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)如何以最快的時(shí)間（T）、最低的生產(chǎn)成本（C）、最優(yōu)（Q）的產(chǎn)品、最佳的生產(chǎn)內(nèi)環(huán)境（E）、最好的服務(wù)（S）來(lái)贏得市場(chǎng)，是企業(yè)成功的關(guān)鍵，是現(xiàn)代企業(yè)的立足之本5。在這種大的背景下，新的

21、制造理念層出不窮，如虛擬制造、敏捷制造、精益生產(chǎn)等，無(wú)論這些側(cè)重點(diǎn)在哪里，都在于盡可能的提高制造系統(tǒng)響應(yīng)市場(chǎng)和客戶(hù)的快速性，以謀得敏捷6?！懊艚荨敝饕潜憩F(xiàn)在跟蹤變化和響應(yīng)時(shí)間的快速方面，生產(chǎn)指揮人員、企業(yè)決策者不僅關(guān)心在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)任務(wù)的具體安排，同時(shí)還要關(guān)心設(shè)備負(fù)荷、紡織制品狀態(tài)、實(shí)時(shí)任務(wù)以及物料狀態(tài)等，所以“以時(shí)間為關(guān)鍵的制造”越來(lái)越為企業(yè)所重視。其核心是利用各種實(shí)時(shí)信息對(duì)計(jì)劃進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和調(diào)度，由于制造車(chē)間不僅是大量制造實(shí)時(shí)信息的集散地，即生產(chǎn)計(jì)劃的具體執(zhí)行者，更是制造信息的反饋者，所以制造車(chē)間對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)的敏捷性會(huì)產(chǎn)生很大程度上的影響。新一代車(chē)間管理系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)有效的企業(yè)集成，就

22、必須具有良好的集散性、自治性和開(kāi)放性以及敏捷性等特點(diǎn)。 信息集成系統(tǒng)作為車(chē)間管理控制系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)然也應(yīng)該具有“敏捷性”。先進(jìn)制造系統(tǒng)正朝著集成和智能化方向發(fā)展，向深度和廣度不斷邁進(jìn)，其核心是信息的獲取、處理、傳輸、利用等信息化工作，信息集成系統(tǒng)也必須具有這種大的趨勢(shì)，適應(yīng)先進(jìn)制造系統(tǒng)的發(fā)展要求，主要體現(xiàn)在其分散性、自治性、網(wǎng)絡(luò)化、可塑性、可靠性等特點(diǎn)7-8。1.1.3 總線(xiàn)技術(shù)在紡織信息采集中的應(yīng)用隨著近幾年紡織行業(yè)的蓬勃發(fā)展，企業(yè)信息化應(yīng)用水平不斷提高，紡織生產(chǎn)線(xiàn)已要求實(shí)現(xiàn)企業(yè)計(jì)劃層與車(chē)間執(zhí)行層的雙向信息流交互，通過(guò)信息集成、過(guò)程監(jiān)控及資源優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)物流、信息流、價(jià)值流的集成和優(yōu)化

23、運(yùn)行，提高企業(yè)敏捷性管理能力。基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的全數(shù)字工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)已成為電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)把控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)，是當(dāng)前制造業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛采用的一種最先進(jìn)、低成本和最可靠的控制技術(shù)，已成為當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的主流應(yīng)用技術(shù)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有基礎(chǔ)性、靈活性和分散性等特點(diǎn)；從技術(shù)上來(lái)講，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)具有開(kāi)放性、交互性、自治性和適應(yīng)性等特點(diǎn)9。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的使用為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的變化，它的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在節(jié)約硬件數(shù)量與投資，節(jié)省安裝和維護(hù)費(fèi)用，提高系統(tǒng)的控制精度和可靠性，提高用戶(hù)的自主選擇權(quán)等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)

24、場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)主要應(yīng)用于進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行直接的數(shù)字控制，進(jìn)行設(shè)備和系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和診斷，實(shí)施安全性和冗余等方面。紡織行業(yè)是典型的制造業(yè)，其特點(diǎn)是設(shè)備數(shù)量多，分布區(qū)域大，信號(hào)類(lèi)型復(fù)雜。由于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)適應(yīng)了現(xiàn)代紡織工業(yè)的高質(zhì)量、低成本、大批量、快速響應(yīng)、高效低耗、清潔生產(chǎn)的需要，目前它在紡織控制系統(tǒng)中已得到廣泛的應(yīng)用。尤其對(duì)被控紡織設(shè)備中的每個(gè)過(guò)程和狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，獲得所有設(shè)備監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制、狀態(tài)檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)信息的應(yīng)用更能顯示出其優(yōu)越性。1.2 課題研究的目的和意義網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和工作效率，作為全球正面臨著的一場(chǎng)新技術(shù)革命，普遍應(yīng)用于紡織產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程、生產(chǎn)過(guò)程、管理過(guò)程和

25、營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中，為紡織工業(yè)在新世紀(jì)全面進(jìn)入數(shù)字化階段提供了重要條件。采用最新的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，促進(jìn)紡織企業(yè)的發(fā)展已成為當(dāng)今世界的潮流。由于制造業(yè)設(shè)備的更新周期比較長(zhǎng)，短時(shí)間內(nèi)將陳舊的生產(chǎn)設(shè)備全部更換成全新設(shè)備是企業(yè)所不愿采用的。但是通過(guò)組建紡織生產(chǎn)過(guò)程中的信息采集與處理系統(tǒng)，也能夠全面提高工廠的生產(chǎn)效率。與傳統(tǒng)的紡織工藝過(guò)程相比，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、自動(dòng)化程度等方面，都具有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。具體表現(xiàn)在：在沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)的紡織生產(chǎn)過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況只能靠工人24小時(shí)值班看守，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且如果出現(xiàn)故障，由于現(xiàn)場(chǎng)工人的使用經(jīng)驗(yàn)差異，做出的判斷也會(huì)有較大的差異。運(yùn)用了總線(xiàn)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行采集，在控制室

26、就可以監(jiān)控到每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行情況，并由專(zhuān)業(yè)人員做出相對(duì)準(zhǔn)確的判斷；縮短了操作時(shí)間，并增強(qiáng)了控制的直觀性、科學(xué)性和準(zhǔn)確性；減輕了設(shè)備因不合理運(yùn)行帶來(lái)的過(guò)度機(jī)械磨損，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命；并且系統(tǒng)具有較為完善的故障判斷、報(bào)警功能，從而也降低了系統(tǒng)維護(hù)的設(shè)備成本與人工成本。它的大力推廣將取得良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。追求高度智能化、系通化、標(biāo)準(zhǔn)化，是未來(lái)紡織生產(chǎn)工藝要求的必然趨勢(shì)。信息集成系統(tǒng)綜合了信息采集、信息處理和控制為一體的管理信息系統(tǒng)，代表了現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的高新水平及發(fā)展方向。1.3 課題研究的主要內(nèi)容（1）本課題針對(duì)鄭州宏業(yè)紡織廠的現(xiàn)狀，既有國(guó)外進(jìn)口的最先進(jìn)的設(shè)備，也有落后的舊設(shè)備，

27、依靠先進(jìn)的PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)將具有不同通信接口的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。（2）實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)對(duì)清花工序生產(chǎn)線(xiàn)上的主要設(shè)備參數(shù)采集，解決生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。（3）運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊，從而實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)輔助管理和工藝參數(shù)優(yōu)化，使整個(gè)公司的信息化管理形成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保公司資源管理系統(tǒng)的成功實(shí)施。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 清花工序的介紹紡紗的生產(chǎn)過(guò)程一般分成六個(gè)工序：清梳聯(lián)工序，預(yù)并、精梳工序，并條工序，粗紗工序，細(xì)紗工序，絡(luò)筒工序。清花工序包含于清梳聯(lián)工序中，又稱(chēng)開(kāi)清棉，主要是對(duì)原棉進(jìn)行混合、開(kāi)松、除雜，并去除羽

28、毛、尼龍線(xiàn)、碎布、絲麻等異性纖維，主要由抓棉機(jī)、開(kāi)棉機(jī)、混棉機(jī)、清棉機(jī)、微塵異纖分離機(jī)等設(shè)備組成10。另外在此次設(shè)計(jì)中從實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)布局來(lái)看，6臺(tái)濾塵機(jī)組也計(jì)算在清花工序內(nèi)。2.2 鄭州宏業(yè)紡織廠的設(shè)備現(xiàn)狀宏業(yè)紡織廠新建的生產(chǎn)流水線(xiàn)上，使用了大量的分離式的控制系統(tǒng)或智能化的控制設(shè)備。整體的控制系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：（1）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備分布范圍較廣，數(shù)量較多，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的在線(xiàn)故障診斷、報(bào)警、存儲(chǔ)功能不強(qiáng)，很難完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，整個(gè)系統(tǒng)的可維護(hù)性較差。（2）現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備各自獨(dú)立運(yùn)行，相互之間沒(méi)有聯(lián)系，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的集中智能管理造成了很大的困難。（3）控制系統(tǒng)中使用的控制器品種多，如PLC的

29、品種就有西門(mén)子、臺(tái)達(dá)、富士、松下和光洋等數(shù)家公司的產(chǎn)品；控制系統(tǒng)的類(lèi)型多，有使用PLC直接控制的，還有紡織機(jī)械廠家自開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集模塊等；系統(tǒng)不開(kāi)放、可集成性差、不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性和互換性。（4）各分立設(shè)備的通信功能不強(qiáng)，造成組網(wǎng)困難，難于實(shí)現(xiàn)在信息化時(shí)代的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制。所有這些都給全廠的信息監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集、處理和智能化的生產(chǎn)管理帶來(lái)了極大的困難，同時(shí)也大大影響了企業(yè)生產(chǎn)效能和管理的提高，最終影響企業(yè)的社會(huì)形象、經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。2.3 基于總線(xiàn)技術(shù)對(duì)清花工序中主要設(shè)備參數(shù)的采集2.3.1 清花工序總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)根據(jù)宏業(yè)公司清花工序車(chē)間生產(chǎn)流水線(xiàn)的實(shí)際情況以及目前工業(yè)自動(dòng)化技

30、術(shù)的發(fā)展水平和現(xiàn)狀，我選擇兩層的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信功能：底層采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的控制系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)清花工序的整個(gè)生產(chǎn)流水線(xiàn)中各設(shè)備的信息采集；上層采用基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)的信息傳輸，并使用優(yōu)化的應(yīng)用軟件系統(tǒng)來(lái)完成終端數(shù)據(jù)的處理。宏業(yè)紡織有限公司大部分的紡織設(shè)備都是單獨(dú)訂貨，由不同廠家生產(chǎn)而成，單臺(tái)設(shè)備的控制系統(tǒng)都是生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)好并安裝在了設(shè)備上，整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是底層控制設(shè)備數(shù)量和品種型號(hào)較多，不同廠家所使用的控制器也不同，并且控制器對(duì)外的通訊接口也不同。針對(duì)該車(chē)間的具體問(wèn)題考慮，我在處理這些技術(shù)細(xì)節(jié)時(shí)分為以下兩種情況：（1）對(duì)于采用S7-200 PLC控制

31、的設(shè)備這類(lèi)設(shè)備數(shù)量比較多，S7-200 PLC通過(guò)EM277 PROFIBUS DP擴(kuò)展模塊和標(biāo)準(zhǔn)DP電纜連接到DP網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)上設(shè)一個(gè)DP主站（主站采用CPU315-2DP），DP主站配有工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊（CP343-1），通過(guò)該模塊和工業(yè)雙絞線(xiàn)可以把每個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)都連接到工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)上，通過(guò)帶光纖口的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)， 掛入光纖環(huán)網(wǎng)。（2）對(duì)于配置RS485通訊接口的控制設(shè)備對(duì)于這類(lèi)機(jī)械設(shè)備的控制器，可以通過(guò)RS485/DP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊連接到DP網(wǎng)絡(luò)中，再由DP主站通過(guò)以太網(wǎng)通訊模塊（CP343-1）接到以太網(wǎng)交換機(jī)(SCALANCE 204-2)掛到光纖以太網(wǎng)上。整個(gè)車(chē)間設(shè)一個(gè)集中控

32、制室，集控室內(nèi)根據(jù)需要設(shè)置若干臺(tái)上位機(jī)，分別用于工程師站、操作員站（管理機(jī)）和設(shè)備監(jiān)控計(jì)算機(jī)等。另外根據(jù)需要，還可以設(shè)置一個(gè)WEB服務(wù)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)與企業(yè)網(wǎng)或因特網(wǎng)的連接。高層的管理網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)以太網(wǎng)，完成非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳遞和系統(tǒng)管理任務(wù)。管理計(jì)算機(jī)（操作員站）實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控、管理和數(shù)據(jù)分析，主要作用是完成各條生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)計(jì)劃、設(shè)備管理、質(zhì)量控制及分析等。23臺(tái)管理計(jì)算機(jī)既可以單獨(dú)操作，也可以互為冗余。另外，為了保證單臺(tái)設(shè)備停機(jī)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生影響，對(duì)于DP網(wǎng)絡(luò)中的終端電阻均采用活動(dòng)終端電阻。又因?yàn)樵O(shè)備分布范圍較廣，數(shù)量較多，因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中采用了中繼器將設(shè)備分成幾個(gè)網(wǎng)段并組成為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，保證了信號(hào)傳

33、遞的可靠性和穩(wěn)定性。并且網(wǎng)絡(luò)中的中繼器和終端電阻均由就近的動(dòng)力電柜單獨(dú)提供供電回路，采用開(kāi)關(guān)電源單獨(dú)供電。2.3.2 清花工序網(wǎng)絡(luò)配置的具體方案宏業(yè)紡織生產(chǎn)線(xiàn)中清花工序中共有39臺(tái)清花機(jī)和6臺(tái)濾塵機(jī)組，各自獨(dú)立完成混棉、開(kāi)棉、清棉和濾塵等任務(wù)。其中清花機(jī)主要包括：往復(fù)式抓棉機(jī)5臺(tái)，控制機(jī)柜5個(gè)，單軸流開(kāi)棉機(jī)4個(gè)，多倉(cāng)混棉機(jī)9個(gè)，開(kāi)棉機(jī)9個(gè)，異纖微塵分離機(jī)7臺(tái)等。除7臺(tái)異纖微塵分離機(jī)和5臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)預(yù)留有RS-485通訊接口外，其他控制器及濾塵機(jī)組都是采用西門(mén)子S7-200 PLC。網(wǎng)絡(luò)配置的具體方案為：對(duì)每臺(tái)S7-200 PLC增加一個(gè)EM277 PROFIBUS DP模塊，作為從站連接到D

34、P網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)留有RS-485通訊接口的異纖微塵分離機(jī)和往復(fù)式抓棉機(jī)來(lái)說(shuō)，每臺(tái)增加一個(gè)RS-485/DP模塊，作為從站連接到DP網(wǎng)絡(luò)中。主站采用西門(mén)子的CPU315-2DP。電纜和連接器均采用西門(mén)子標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。主站和部分從站上的連接器采用帶編程口的產(chǎn)品，以方便檢查網(wǎng)絡(luò)和調(diào)試。網(wǎng)絡(luò)末端掛接活動(dòng)終端電阻，以避免網(wǎng)絡(luò)末端設(shè)備的維護(hù)和故障而對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成影響。網(wǎng)段中使用中繼器保證信號(hào)傳遞的可靠性和穩(wěn)定性。整個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)由主站通過(guò)CP343-1連接到工業(yè)以太網(wǎng)上。2.3.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于設(shè)備較多，所以網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)網(wǎng)段組成，網(wǎng)段之間由中繼器連接。其中第一個(gè)網(wǎng)段包含15臺(tái)設(shè)備：2臺(tái)異纖微塵分離機(jī)、6臺(tái)濾塵

35、機(jī)組、1臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)、1個(gè)帶有PLC的控制機(jī)柜、1臺(tái)單軸流開(kāi)棉機(jī)、2臺(tái)多倉(cāng)混棉機(jī)、2臺(tái)開(kāi)棉機(jī)。第二個(gè)網(wǎng)段包含18臺(tái)設(shè)備：4臺(tái)異纖微塵分離機(jī)、2臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)、2個(gè)帶有PLC的控制機(jī)柜、2臺(tái)單軸流開(kāi)棉機(jī)、4臺(tái)多倉(cāng)混棉機(jī)、4臺(tái)開(kāi)棉機(jī)。第三個(gè)網(wǎng)段包含12臺(tái)設(shè)備：1臺(tái)異纖微塵分離機(jī)、2臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)、2個(gè)帶有PLC的控制機(jī)柜、1臺(tái)單軸流開(kāi)棉機(jī)、3臺(tái)多倉(cāng)混棉機(jī)、3臺(tái)開(kāi)棉機(jī)；圖2-1為具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。工業(yè)以太網(wǎng)PROFIBUS DPCPU315-2DPCP343-1通訊模塊活動(dòng)終端異纖微塵分離機(jī)1485/DP485/DP異纖微塵分離機(jī)2EM277EM277清花機(jī)3清花機(jī)9濾塵機(jī)1濾塵機(jī)6EM277EM2

36、77中繼器異纖微塵分離機(jī)6485/DP485/DP異纖微塵分離機(jī)3EM277EM277清花機(jī)27清花機(jī)14EM277EM277清花機(jī)38清花機(jī)28中繼器485/DP485/DP異纖微塵分離機(jī)7 SHAPE * MERGEFORMAT 圖2-1 清花工序系統(tǒng)構(gòu)成圖 3 系統(tǒng)主要硬件的介紹3.1 EM277 PROFIBUS DP模塊3.1.1 EM277的介紹通過(guò)EM277 PROFIBUS DP擴(kuò)展從站模塊，將S7-200 PLC連接到PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上。EM277經(jīng)過(guò)串行I/O總線(xiàn)連接到S7-200 PLC。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到EM277 PROFIBUS

37、 DP模塊，如圖3-1中S7-200 PLC通過(guò)EM277連接到總線(xiàn)上11。PROFIBUS DPEM277S7-200PLCS7-300PLC串行I/O總線(xiàn)圖3-1 S7-200 PLC通過(guò)EM277連接到總線(xiàn)作為DP從站，EM277模塊接受從主站來(lái)的多種不同的I/O組態(tài)，向主站發(fā)送和接收不同數(shù)量的數(shù)據(jù)。這種特性使用戶(hù)能修改所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。與許多DP從站不同的是，EM277模塊不僅僅是傳輸I/O數(shù)據(jù)。EM277能讀寫(xiě)S7-200 PLC中定義的變量數(shù)據(jù)塊。這樣，使用戶(hù)能與主站交換任何類(lèi)型的數(shù)據(jù)。輸入、計(jì)數(shù)器值、定時(shí)器值或其它計(jì)算得到的值可以首先移動(dòng)S7-200 PLC的

38、變量存儲(chǔ)區(qū)，然后傳送到主站。首先將數(shù)據(jù)移到S7-200 PLC中的變量存儲(chǔ)器，就可將輸入、計(jì)數(shù)值、定時(shí)器值或其它計(jì)算值傳送到主站。輸入和輸出緩存區(qū)的地址可以配置在S7-200 PLC V存儲(chǔ)器中的任何位置。輸入和輸出緩沖器的缺省值地址為VB0。輸入和輸出緩沖地址是主站寫(xiě)入S7-200 PLC賦值參數(shù)信息的一部分，用戶(hù)必須組態(tài)主站以識(shí)別所有的從站以及將需要的參數(shù)和I/O組態(tài)寫(xiě)入每一個(gè)從站。為了將EM277作為一個(gè)DP從站使用，用戶(hù)必須設(shè)定與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址。從站地址是使用EM277模塊上的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)定的。在為新的從站地址按照順序進(jìn)行了開(kāi)關(guān)改變以后，若要使改變生效，就必須對(duì)PL

39、C重新上電。一旦EM277 PROFIBUS DP模塊已用一個(gè)DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，EM277和DP主站就進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫(xiě)入到EM277 PROFIBUS DP模塊，然后，EM277模塊響應(yīng)最新的S7-200 PLC輸入數(shù)據(jù)。EM277模塊不斷地更新其從S7-200 PLC來(lái)的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸出數(shù)據(jù)傳送給S7-200 PLC。從主站來(lái)的輸出數(shù)據(jù)放在V存儲(chǔ)器中由某地址開(kāi)始的區(qū)域內(nèi)，而該地址是在初始化期間，由DP主站所提供的。到主站的輸入數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)之后立刻從V存儲(chǔ)區(qū)中提取出來(lái)。在建立S7-200 PLC用戶(hù)程序時(shí)，

40、必須知道V存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開(kāi)始地址和緩沖區(qū)大小。EM277 PROFIBUS DP模塊在前面的面板上有四個(gè)狀態(tài)LED，用來(lái)指示DP端口的運(yùn)行狀態(tài)：（1）S7-200 PLC上電后，DX MODE燈一直熄滅直到DP通訊開(kāi)始。（2）當(dāng)DP的通訊成功地初始化后（EM277 PROFIBUS DP模塊進(jìn)入和主站交換數(shù)據(jù)的狀態(tài)時(shí)），DX MODE燈變綠直到數(shù)據(jù)交換狀態(tài)結(jié)束。（3）如果DP通訊中斷，強(qiáng)迫EM277模塊退出數(shù)據(jù)交換模式，此時(shí)，DX MODE燈熄滅而DP ERROR燈變紅。此狀態(tài)一直保持到S7-200 PLC斷電或數(shù)據(jù)交換重新開(kāi)始。（4）如果主站寫(xiě)入EM277模塊的I/O組態(tài)或參數(shù)信息錯(cuò)

41、誤，則DP ERROR的紅燈將閃爍。（5）如果沒(méi)有24VDC供電，POWER（電源）燈將熄滅。表3-1 總結(jié)了EM277狀態(tài)指示器的各種狀態(tài)LEDOFF紅色紅色閃爍綠色CPU故障模塊良好內(nèi)部模塊故障POWER沒(méi)有24 DC24VDC用戶(hù)電源良好DP ERROR沒(méi)有錯(cuò)誤脫離數(shù)據(jù)交換模式參數(shù)化/組態(tài)錯(cuò)誤DX MODE不在數(shù)據(jù)交換模式在數(shù)據(jù)交換模式3.1.2 EM277在數(shù)據(jù)采集中的作用除7臺(tái)異纖微塵分離機(jī)和5臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)預(yù)留有RS-485通訊接口外，其他控制器及濾塵機(jī)組都是采用西門(mén)子S7-200 PLC，因此可采用EM277 PROFIBUS DP擴(kuò)展從站模塊將這些S7-200 PLC連接到PR

42、OFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上。EM277經(jīng)過(guò)串行I/O總線(xiàn)連接到S7-200 PLC。PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到EM277 PROFIBUS DP模塊。可以實(shí)現(xiàn)S7-200 PLC與PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上主站的物理連接。當(dāng)給EM277 PROFIBUS DP模塊設(shè)定了與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址，并且已用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，EM277和DP主站就進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。在數(shù)據(jù)交換模式中，主站將輸出數(shù)據(jù)寫(xiě)入到EM277 PROFIBUS DP模塊，然后，EM277模塊響應(yīng)最新的S7-200 PLC輸入數(shù)據(jù)。EM277模塊不斷地更新其從S7-2

43、00 PLC來(lái)的輸入，以便向DP主站提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，該模塊將輸出數(shù)據(jù)傳送給S7-200 PLC。從主站來(lái)的輸出數(shù)據(jù)放在V存儲(chǔ)器中由某地址開(kāi)始的區(qū)域內(nèi)，而該地址是在初始化期間，由DP主站所提供的。到主站的輸入數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)之后立刻從V存儲(chǔ)區(qū)中提取出來(lái)。S7-200 PLC通過(guò)EM277 PROFIBUS DP擴(kuò)展從站模塊連接到PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上?？梢詫?shí)現(xiàn)其與網(wǎng)絡(luò)上的主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，S7-200 PLC控制器對(duì)設(shè)備上的信息進(jìn)行采集，并將其放到V存儲(chǔ)器內(nèi)，當(dāng)要把采集來(lái)的數(shù)據(jù)上傳給主站時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)從S7-200 PLC的 V存儲(chǔ)器復(fù)制到EM277中，以便同時(shí)傳送到主站，進(jìn)而通過(guò)主

44、站上的通信模塊將采集來(lái)的數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)系統(tǒng)。EM277是實(shí)現(xiàn)S7-200 PLC與主站數(shù)據(jù)交換的中轉(zhuǎn)站。3.2 RS485/DP模塊3.2.1 RS485/DP模塊的介紹首先介紹一下RS485/DP模塊的工作原理如圖3-2所示，其中SPC3是西門(mén)子公司的PROFIBUS通信協(xié)議芯片。PROFIBUS Interface 是PROFIBUS標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路，RS485 Interface是標(biāo)準(zhǔn)的RS485驅(qū)動(dòng)電路，兩者都由光隔及RS485驅(qū)動(dòng)芯片組成。圖3-2 RS485/DP總線(xiàn)橋的工作原理圖RS485/DP模塊主要用于將具有RS485接口的設(shè)備連接到PROFIBUS總線(xiàn)上，使設(shè)備成為PROFI

45、BUS 總線(xiàn)上的一個(gè)從站，如圖3-3所示。S7-300PLCRS485/DPRS485設(shè)備PROFIBUS DP圖3-3 RS485設(shè)備通過(guò)RS485/DP連接到總線(xiàn)上在PLC 為主站的PROFIBUS 系統(tǒng)中，總線(xiàn)橋作為系統(tǒng)的一個(gè)從站，通過(guò)RS485 接口與設(shè)備連接?？偩€(xiàn)橋可以作為RS485設(shè)備的主站（主動(dòng)向RS485 設(shè)備發(fā)送的通信信息，等待設(shè)備回答），也可以作為RS485 設(shè)備的從站（RS485 設(shè)備主動(dòng)發(fā)送的通信信息）?？偩€(xiàn)橋在PROFIBUS一側(cè)是PROFIBUS從站，因此需要設(shè)置PROFIBUS從站地址。地址設(shè)置由產(chǎn)品正面的兩個(gè)十進(jìn)制旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SA 來(lái)設(shè)置。如果需要設(shè)置大于99 的P

46、ROFIBUS 地址，需要使用產(chǎn)品背面的功能選擇開(kāi)關(guān)SW 配合設(shè)置地址，如果SW3=OFF（向下），這個(gè)從站的地址就是SA（19）；如果SW3=ON（向上），這個(gè)從站的地址就是100+SA（19）=119；如果SA 27，即使SW3=ON（向上），本產(chǎn)品PROFIBUS仍然是27，因?yàn)镻ROFIBUS 規(guī)定從站地址范圍0126?？偩€(xiàn)橋作為PROFIBUS 的一個(gè)從站，通過(guò)RS485接口與設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站與RS485設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)透明傳送。RS485只是設(shè)備通信物理層的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此PROFIBUS主站必須向RS485設(shè)備傳送它能夠理解的數(shù)據(jù)，這就是RS485設(shè)備的通信協(xié)議。

47、所以，為實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站與RS485設(shè)備的有效數(shù)據(jù)通信，PROFIBUS主站編程人員應(yīng)該了解RS485設(shè)備的通信協(xié)議。RS485設(shè)備的通信協(xié)議通常有以下兩類(lèi)：12（1）具有應(yīng)答關(guān)系和若干通信指令的通信協(xié)議這是應(yīng)用比較廣泛的通信格式，通信數(shù)據(jù)可能是ASCII 碼（如研華的ADAM模塊）或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。對(duì)于這種設(shè)備，（以總線(xiàn)橋是RS485主設(shè)備為例）用戶(hù)在主站上編程，按照協(xié)議規(guī)定的報(bào)文格式將通信數(shù)據(jù)填入總線(xiàn)橋的PROFIBUS數(shù)據(jù)輸出區(qū)，然后啟動(dòng)總線(xiàn)橋發(fā)送（觸發(fā)發(fā)送或定時(shí)自動(dòng)發(fā)送）將通信數(shù)據(jù)通過(guò)RS485接口發(fā)送到設(shè)備；然后，總線(xiàn)橋自動(dòng)轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)；當(dāng)總線(xiàn)橋接收完畢RS485設(shè)備的回答報(bào)文數(shù)

48、據(jù)后，將回答報(bào)文數(shù)據(jù)自動(dòng)填入PROFIBUS數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)，這樣，PROFIBUS主站可以在PROFIBUS數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)得到RS485設(shè)備的回答報(bào)文數(shù)據(jù)。（2）無(wú)應(yīng)答關(guān)系、單純接收或發(fā)送數(shù)據(jù)的通信總線(xiàn)橋單純接收：如條碼掃描器通過(guò)RS485接口PROFIBUS主站發(fā)送ASCII 碼或二進(jìn)制數(shù)據(jù)；總線(xiàn)橋單純發(fā)送：如PROFIBUS主站通過(guò)RS485接口向顯示屏發(fā)送ASCII碼或二進(jìn)制數(shù)據(jù)；PROFIBUS主站實(shí)現(xiàn)這類(lèi)簡(jiǎn)單通信協(xié)議的原理與第一種協(xié)議相同，只是編程簡(jiǎn)單而已。數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受過(guò)程：（1）發(fā)送總線(xiàn)橋發(fā)送有2種方式：觸發(fā)發(fā)送模式、自動(dòng)定時(shí)發(fā)送模式。發(fā)送模式由控制字D1位auto_txd選擇。 觸發(fā)

49、發(fā)送：控制字D1：auto_txd=0，即默認(rèn)方式是觸發(fā)發(fā)送。觸發(fā)發(fā)送靠控制字D0 位start_tr的上升沿啟動(dòng)一次發(fā)送。 自動(dòng)定時(shí)發(fā)送：控制字D1:auto_txd=1，是自動(dòng)定時(shí)發(fā)送。當(dāng)auto_txd與start_tr 同時(shí)為1是啟動(dòng)自動(dòng)定時(shí)發(fā)送。定時(shí)發(fā)送時(shí)間間隔在總線(xiàn)橋配置時(shí)選定，默認(rèn)時(shí)間是1秒。（2）接收總線(xiàn)橋有2 種控制接收結(jié)束方式：按字符間隔接收模式、按長(zhǎng)度接收模式。接收模式由控制字D2 位relen選擇。 按字符間隔接收：當(dāng)接收到一個(gè)字符后連續(xù)3.5個(gè)字符時(shí)間（與波特率、字符位數(shù)及有無(wú)校驗(yàn)位有關(guān)），沒(méi)有接收下一個(gè)字符時(shí)，認(rèn)為報(bào)文結(jié)束。 按長(zhǎng)度接收：按照用戶(hù)給定的接收?qǐng)?bào)文長(zhǎng)度控

50、制接收結(jié)束。接收?qǐng)?bào)文長(zhǎng)度放在PROFIBUS 輸出區(qū)最后一個(gè)字節(jié)。典型通信過(guò)程：有“發(fā)收發(fā)收”、“收發(fā)收發(fā)”、“發(fā)發(fā)”、“收收” 4種典型的通信過(guò)程。3.2.2 RS485/DP模塊在數(shù)據(jù)采集中的作用在此設(shè)計(jì)中有7臺(tái)異纖微塵分離機(jī)和5臺(tái)往復(fù)式抓棉機(jī)預(yù)留有RS-485通訊接口，因此這些設(shè)備可以通過(guò)RS485/DP模塊連接到PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上，使設(shè)備成為PROFIBUS總線(xiàn)上的一個(gè)從站。RS485/DP模塊經(jīng)過(guò)其RS-485串行通信總線(xiàn)連接到預(yù)留有RS-485通訊接口的設(shè)備上，PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)其DP通信端口，連接到RS485/DP模塊，這樣實(shí)現(xiàn)了設(shè)備與總線(xiàn)的連接。當(dāng)給RS4

51、85/DP模塊設(shè)定了與主站組態(tài)中的地址相匹配的DP端口地址，并且已用PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)上DP主站成功地進(jìn)行了組態(tài)，RS485/DP模塊和DP主站就進(jìn)入數(shù)據(jù)交換模式。設(shè)備有數(shù)據(jù)要傳送給PROFIBUS DP網(wǎng)絡(luò)上的S7-300的主站，需要在其相應(yīng)的控制器中編寫(xiě)相應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的程序，還要在主站中運(yùn)行相應(yīng)的接受數(shù)據(jù)程序。然后先有其控制器將數(shù)據(jù)采集到其存儲(chǔ)區(qū)，需要發(fā)送時(shí)從控制器的存儲(chǔ)區(qū)中讀取并通過(guò)RS485/DP模塊將采集來(lái)的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站，并通過(guò)主站上的通信模塊發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)。RS485/DP模塊是主站與從站通信的橋梁?？梢詫?shí)現(xiàn)從站與主站的數(shù)據(jù)交換，將設(shè)備的信息通過(guò)其對(duì)應(yīng)的控制器傳送到主站，完成數(shù)

52、據(jù)采集。3.3 中繼器3.3.1 中繼器的介紹中繼器又稱(chēng)為重發(fā)器或轉(zhuǎn)發(fā)器。它用于連接兩個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理層上傳遞信息，完成對(duì)信號(hào)的復(fù)制、調(diào)整和放大等功能。通俗地理解中繼器的功能就是增加了網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。從理論上來(lái)講，中繼器的使用個(gè)數(shù)可以是無(wú)限個(gè)，即網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度可以無(wú)限延長(zhǎng)，但實(shí)際上這是不可能的。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)信號(hào)的延遲范圍做了具體的規(guī)定，如果延遲太長(zhǎng)，協(xié)議就不能正常工作，因此網(wǎng)絡(luò)中使用的中繼器的個(gè)數(shù)也是受到限制的。9如在PROFIBUS DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中使用中繼器的個(gè)數(shù)一般不允許超過(guò)4個(gè)，并且由于選擇了不同的通信速率，其網(wǎng)絡(luò)的最大拓?fù)溟L(zhǎng)度也是不同的。總體趨勢(shì)是波特率越高，網(wǎng)絡(luò)最大

53、延伸長(zhǎng)度反而越短。所以選擇中繼器個(gè)數(shù)也要根據(jù)實(shí)際情況而定的。在PROFIBUS DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中中繼器主要用于網(wǎng)絡(luò)段之間的連接，如果在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段中設(shè)備數(shù)量多于32個(gè)或由于受距離以及設(shè)備性質(zhì)的限制，必須劃分成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)段。那么在這時(shí)中繼器承擔(dān)其重任，連接兩個(gè)網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大和傳遞。信號(hào)在兩個(gè)網(wǎng)段之間可以實(shí)現(xiàn)再生，在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)信號(hào)不能再生；兩個(gè)網(wǎng)段之間是物理隔離的，因而中繼器除了擴(kuò)展網(wǎng)段外，還有一個(gè)重要的功能是可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。中繼器在PROFIBUS DP總線(xiàn)中的主要作用有以下幾點(diǎn)：在一個(gè)網(wǎng)段中從站設(shè)備多于32個(gè)時(shí)要用中繼器將其分成兩個(gè)網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)中繼器作為終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展。如圖3-4所示：

54、圖3-4 中繼器作為終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓展當(dāng)一個(gè)網(wǎng)段中從站分布過(guò)于離散，距離太遠(yuǎn)，要根據(jù)實(shí)際情況將使用中繼器將網(wǎng)段延伸，實(shí)現(xiàn)中繼器作為網(wǎng)段的中間設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。?dāng)網(wǎng)絡(luò)有分叉電路時(shí)會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，需要采用中繼器來(lái)替代分叉電路確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。如圖3-5所示：圖3-5 中繼器替代分叉電路需要說(shuō)明的是由于在一個(gè)RS485物理網(wǎng)段中，只能夠連接32個(gè)物理設(shè)備，但RS485中繼器本身也是一個(gè)特殊的DP從站設(shè)備，在連接的兩個(gè)網(wǎng)段中，都要分別占用一個(gè)設(shè)備數(shù)量資源（但不用分配站地址）。因而實(shí)際在這兩個(gè)網(wǎng)段中都只能再連接31個(gè)DP主站/從站設(shè)備13。并且中繼器上的終端電阻要根據(jù)實(shí)際情況而設(shè)定。中繼器作為DP網(wǎng)

55、絡(luò)的中間設(shè)備時(shí)，其處于同一網(wǎng)段中不需要設(shè)置終端電阻；當(dāng)中繼器處于一網(wǎng)段的終端則需要設(shè)置終端電阻。3.3.2 中繼器在信號(hào)傳遞中的作用在清花工序中現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備分布范圍較廣，數(shù)量較多，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段內(nèi)最多能帶32個(gè)設(shè)備，而此系統(tǒng)中除了一個(gè)主站外還有45個(gè)從站設(shè)備并且中繼器也需要占用設(shè)備數(shù)量資源，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了它所帶設(shè)備的能力，因此根據(jù)實(shí)際情況和冗余方面的考慮需要運(yùn)用中繼器將其分成三個(gè)網(wǎng)段，并組建成一個(gè)有45個(gè)從站設(shè)備和1個(gè)主站的網(wǎng)絡(luò)，保證了主站與從站在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的可靠連接，為通信建立基礎(chǔ)。并且基于其設(shè)備比較分散，從站設(shè)備之間距離比較遠(yuǎn)，而由于通訊速率的選擇和設(shè)備性質(zhì)的限制，網(wǎng)絡(luò)段的長(zhǎng)度受到了限制。因此根據(jù)

56、現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況必須選擇使用中繼器延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度。中繼器處于兩個(gè)DP網(wǎng)絡(luò)段之間，在網(wǎng)絡(luò)中它的主要作用是實(shí)現(xiàn)主站和從站通信信號(hào)的放大和傳遞，保證了信號(hào)的可靠傳輸。中繼器在此DP網(wǎng)絡(luò)中作為中間設(shè)備，因此要設(shè)置其上的終端電阻以減少信號(hào)的反射?？傊?，中繼器在此系統(tǒng)中的主要作用有：延長(zhǎng)DP網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度、增加網(wǎng)絡(luò)所帶設(shè)備的能力、保證信號(hào)的可靠傳遞。4 軟件設(shè)計(jì)4.1 運(yùn)用STEP7對(duì)整個(gè)系統(tǒng)硬件進(jìn)行組態(tài)一個(gè)DP主站組態(tài)應(yīng)包含地址，從站類(lèi)型以及從站所需要的任何參數(shù)賦值信息。還應(yīng)告訴主站由從站（輸入）讀入的數(shù)據(jù)應(yīng)放置何處，以及從何處獲得寫(xiě)入從站（輸出）的數(shù)據(jù)。DP主站建立網(wǎng)絡(luò)，然后初始化其DP從站。主站將參數(shù)賦值

57、信息和I/O組態(tài)寫(xiě)入到從站。然后，主站從從站那里讀出診斷信息，并驗(yàn)證DP從站已接受參數(shù)和I/O組態(tài)。然后，主站開(kāi)始與從站交換I/O數(shù)據(jù)。每次對(duì)從站的數(shù)據(jù)交換為寫(xiě)輸出和讀輸入。這種數(shù)據(jù)交換方式無(wú)限期地繼續(xù)下去。如果有意外情況發(fā)生，從站器件可以通知主站，而主站就會(huì)讀取來(lái)自從站的診斷信息14。一旦DP主站已將參數(shù)和I/O組態(tài)寫(xiě)入到DP從站，而且從站已從主站那里接收到參數(shù)和組態(tài)，則主站就擁有那個(gè)從站。從站只能接收其主站的寫(xiě)請(qǐng)求。網(wǎng)絡(luò)上的其它主站可以讀取該從站的輸入和輸出，但是它們不能向該從站寫(xiě)入任何信息。（1）組態(tài)EM277及其地址分配在此設(shè)計(jì)中用到大量EM277模塊，因此選擇對(duì)11號(hào)從站進(jìn)行組態(tài)作為

58、示例。主站通過(guò)將其輸出區(qū)的信息發(fā)送給從站的輸入緩沖區(qū)，與其每個(gè)從站交換數(shù)據(jù)。從站將其輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)返回給主站的輸入?yún)^(qū)，以響應(yīng)從主站來(lái)的信息11。EM277可用DP主站組態(tài)，以接收從主站來(lái)的輸出數(shù)據(jù)，并將輸入數(shù)據(jù)返回給主站。輸出和輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)駐留在S7-200 PLC的變量存儲(chǔ)器（V存儲(chǔ)器）內(nèi)。當(dāng)用戶(hù)組態(tài)DP主站時(shí)，應(yīng)定義V存儲(chǔ)器內(nèi)的字節(jié)位置。從這個(gè)位置開(kāi)始為輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，它應(yīng)作為EM277的參數(shù)賦值信息的一個(gè)部分。用戶(hù)也要定義I/O組態(tài)，它是寫(xiě)入到S7-200 PLC的輸出數(shù)據(jù)總量和從S7-200 PLC返回的輸入數(shù)據(jù)總量。EM277從I/O組態(tài)確定輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。DP主站將參數(shù)

59、賦值和I/O組態(tài)信息寫(xiě)入到EM277 PROFIBUS DP模塊，然后，EM277將V存儲(chǔ)器地址和輸入及輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度傳送給S7-200 PLC。 CPU224 CPU315-2 DPV存儲(chǔ)區(qū) I/O地址區(qū)偏移量:2400字節(jié)輸入緩沖區(qū)：4個(gè)字輸出緩沖區(qū)：16個(gè)字VB變量存儲(chǔ)字節(jié)I/O輸入?yún)^(qū)：16個(gè)字 I/O輸出區(qū)：4個(gè)字PI外部輸入PQ外部出 VB0DP模塊EM 277 VB2399PIB272 VB2400 PIB303VB2407PQB272VB2408PQB279VB2439圖4-1 V存儲(chǔ)器和I/O地址區(qū)上圖表示CPU224中的V存儲(chǔ)器的一個(gè)存儲(chǔ)器模型，以及一個(gè)DP主站CPU的I/O地

60、址區(qū)。在這個(gè)例子中，DP主站已定義了4個(gè)字輸出和16個(gè)字輸入的一種I/O組態(tài)，以及V存儲(chǔ)器偏移為2400。CPU224中的輸出緩沖區(qū)和輸入緩沖區(qū)長(zhǎng)度（由I/O組態(tài)確定）分別是16個(gè)字和4個(gè)字。輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)從VB2400開(kāi)始；輸出緩沖區(qū)緊緊跟隨輸出緩沖區(qū)，并在VB2408處開(kāi)始。具體組態(tài)如下：首先從STEP7中HW Config左邊的窗口找到EM277的GSD文件，將此文件拖放到總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，右擊EM277的位圖，選擇屬性，設(shè)置與S7-300 PLC交換數(shù)據(jù)的區(qū)域的偏移量，并且此從站地址設(shè)為11如圖4-2所示。圖4-2 S7-200的數(shù)據(jù)交換區(qū)的偏移量設(shè)置S7-300 PLC與S7-200 PL