0 引言

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是當今自動化領(lǐng)域的發(fā)展熱點之一，它被譽為自動化領(lǐng)域的局域網(wǎng)，主要應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場和微機化測控設(shè)備上，也稱為開放式、數(shù)字化和多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)。它的特點是可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強、通信速率快、系統(tǒng)安全符合環(huán)境保護要求、造價低廉和維護成本低。先進制造業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，為了能對工藝或品質(zhì)等因素進行控制，提高工作效率，管理整個資源，實現(xiàn)設(shè)計、加工管理一體化，更重要的是能快速響應(yīng)意外結(jié)果，采用基于現(xiàn)場總線的PLC與組態(tài)控制技術(shù)進行實時監(jiān)控不失為一種好方法。本文主要闡述了在分析現(xiàn)場總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對先進制造業(yè)設(shè)備的生產(chǎn)實際，利用PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與組態(tài)軟件進行實時控制。同時介紹了采用ActiveX技術(shù)進行組態(tài)軟件設(shè)計的方法。

1 現(xiàn)場總線技術(shù)簡介

　　現(xiàn)場總線技術(shù)是一種分布式現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)，它可以將生產(chǎn)過程中的要素通過傳感器進行實時采集、傳輸和顯示，進行實時監(jiān)測和控制任務(wù)。它是把單個分散的測量控制設(shè)備變成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以現(xiàn)場總線為紐帶，把它們連接成可以互相溝通信息，共同完成工作任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線是新型的自動化系統(tǒng)，位于生產(chǎn)控制和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的底層，具有開放統(tǒng)一的通信協(xié)議，肩負著生產(chǎn)第一線的測量控制的特殊任務(wù)。本文以浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心所采用Profibus現(xiàn)場總線為例進行分析研究，在長三角地區(qū)有較強的代表性。

　　Profibus是Prods Fie1d13us的縮寫，它由西門子等公司開發(fā)研制的現(xiàn)場總線技術(shù)，是開放式現(xiàn)場總線國際標雕之一。許多生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的設(shè)備都提供了Profibus接口。Profibus的控制系統(tǒng)包括主站和從站，主站決定總線的數(shù)據(jù)通信，它能占用總線，可以傳輸報文，如果沒有外界請求也可以發(fā)送信息;從站是一些外圍設(shè)備，包括輸人、輸出裝置、驅(qū)動器和測量發(fā)送器等，它們沒有總線控制權(quán)，僅對接收到的信息給予確認或當主站發(fā)出請求時，向它發(fā)送信息。Profibus的傳輸技術(shù)分為三種類型，分別是Profibus-DP,Profibus- FMS和Profibus-YA，它們分別適合不同的場合。1) Profibus-DP應(yīng)用于現(xiàn)場級，適用于自動控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備之間的實時通信，它采用RS-485傳輸技術(shù);2) Profibus-FMS適用于車間級，要求提供較大數(shù)據(jù)量的通信服務(wù)，它也采用RS一485傳輸技術(shù);3 ) ProfibusPA用于過程自動化設(shè)計，采用IEC1158 - 2傳輸技術(shù)。RS- 485是Profibus最常用的一種傳輸技術(shù)，通常稱為H2，采用屏蔽雙絞線或光纜，它操作簡單，總線結(jié)構(gòu)允計增加或減少站點。

2 基于現(xiàn)場總線的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

　　2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　在浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院數(shù)控系數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心，過去40余臺數(shù)控設(shè)備都是“各自為政”，各系統(tǒng)無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。采用如圖1所示的基于現(xiàn)場總線的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行技術(shù)改造后，建立了各數(shù)控設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)連接，為信息共享做好了物理平臺。整個PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用主從結(jié)構(gòu)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，包括2個主站和8個從站，主站有DPM1(主控PLC)和DPM2 (PC機)，從站是#I-#8o DPMI主站和DPM2主站之間的通信采用令牌傳遞方式進行。DPMI主站主要完成整體控制過程，通過令牌和DPM2主站交換數(shù)據(jù)。DPM2主站主要運行組態(tài)軟件包，對設(shè)備進行硬件配置以及監(jiān)控程序設(shè)計，然后對現(xiàn)場控制對象進行實時監(jiān)測和控制。DPMl作為8個從站的主站，DPMI主站與從站之間的通信采用主從方式。勺從站(加工中心系統(tǒng)PLC)完成對10臺加工中心任務(wù)安排、數(shù)據(jù)采集、信息檢測等的控制。#2從站(數(shù)控洗床系統(tǒng)PLC)完成對8臺數(shù)控銑床任務(wù)安排、數(shù)據(jù)采集、信息檢測等的控制。#3-#5從站分別完成對其余30多臺數(shù)控車床、線切割、電火花等設(shè)備任務(wù)安排、數(shù)據(jù)采集、信息檢測等的控制。#6-#8從站(中斷環(huán)PLC)掛在總線上，并可連接多臺PLC對中繼設(shè)備進行控制。

圖1基于現(xiàn)場總線的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　2.2 通信網(wǎng)絡(luò)配置及工作過程

　　通信網(wǎng)絡(luò)配置分為軟件配置和硬件配置。軟件配置主要包括對通信速率、從站數(shù)量、站地址和輸人輸出數(shù)據(jù)格式的配置。軟件配置完成后，一旦接人監(jiān)控信號，在CPU中的對應(yīng)地址將會自動生成。硬件配置主要是將從站模塊的撥碼開關(guān)設(shè)置成與軟件設(shè)置一致。主從站的工作過程是:首先Profibus-DP主站建立網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)初始化啟動Profibus-DP從站，主站將參數(shù)信息和I/O配置寫人到從站，然后主站從從站那里讀出診斷信息，并驗證Profibus-DP已接收到的參數(shù)及I/O配置，接著主站開始和從站交換I/O數(shù)據(jù)。一旦Profibus-DP主站將參數(shù)和I/O配置寫人到從站，而且從站已從主站那里接受了參數(shù)配置，則主站就擁有了那個從站，從站只能接受主站的請求。主站通過將其輸出區(qū)的信息發(fā)送給從站的輸出緩沖區(qū)，與其每個從站交換數(shù)據(jù)。從站將其輸人緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)返回給主站的輸人區(qū)，以響應(yīng)來自主站的信息。

　　2.3監(jiān)控程序設(shè)計

　　在監(jiān)控計算機(DPM2)上實現(xiàn)對下位機現(xiàn)場控制對的監(jiān)測和控制，以完成對所有數(shù)據(jù)的實時采集和處理:從站采集的數(shù)據(jù)首先傳給DPMI主站，然后再由DPMl傳送給DPM2監(jiān)控計算機，而DPM2的控制信息通過DPMI傳送給現(xiàn)場控制對象。監(jiān)控程序設(shè)計可采用目前市場上流行的組態(tài)軟件，如:清華紫光的組態(tài)王Kingview,臺灣研華的組態(tài)軟件Genie和通態(tài)的組態(tài)軟件MCGS等。通過PLC反饋的數(shù)據(jù)在組態(tài)軟件下進行實時監(jiān)控和模擬流程，包括各組設(shè)備的工作進程、狀態(tài)和位置偏差的圖形實時顯示，并且以報表曲線輸出。也可采用Activex技術(shù)對組態(tài)軟件的界面組態(tài)工具進行開發(fā)后，再進行監(jiān)控程序設(shè)計。

3 組態(tài)軟件設(shè)計

　　3.1組態(tài)軟件概念

　　“組態(tài)”的概念隨著集散型控制系統(tǒng)DCS( distributed control system)的出現(xiàn)才開始被廣大的工程技術(shù)人員所熟知。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用的深人，在開發(fā)規(guī)模更大、控制更復(fù)雜的控制系統(tǒng)時，工程技術(shù)人員逐漸意識到采用一種好的上位機編程開發(fā)方式的重要性。組態(tài)軟件作為一種好的解決方案，在國內(nèi)越來越得到重視，并且它的應(yīng)用越來越普及。

　　組態(tài)軟件，它是一種在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件開發(fā)平臺，是使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的軟件工具，用它可以進行數(shù)據(jù)采集和過程控制的監(jiān)控程序設(shè)計。組態(tài)軟件具備以下功能:支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，能對工業(yè)控制系統(tǒng)中各種資源進行配置和編輯;提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可根據(jù)需要配置數(shù)據(jù)驅(qū)動程序;提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能;提供使用戶快速建立自己的人機接口 HMI(human machine interface)的功能;提供了在不改變原有系統(tǒng)的情況下，向系統(tǒng)增加新功能的能力。

　　3.2 界面組態(tài)工具設(shè)計

　　在組態(tài)軟件中設(shè)計了基本的界面組態(tài)工具，利用Ac-tiveX控件技術(shù)能對這些界面組態(tài)工具進行擴充，增加新的功能。ActiveX控件，以前被稱作OLE控件，是一種可重用的軟件部件和標準的用戶接口元素，能方便地組裝到應(yīng)用程序中.快速創(chuàng)建應(yīng)用程序界面，從而直觀地實現(xiàn)控制組態(tài)和策略解釋執(zhí)行，非常便于工程技術(shù)人員掌握。

　　采用Activex控件技術(shù)進行組態(tài)軟件中界面組態(tài)工具的設(shè)計包括以下幾步:

　　a)生成容器:采用ActiveX組件容器來完成，生成的容器可以通過菜單將控件調(diào)入窗口，也可以修改控件的屬性;

　　b)生成浮動工具欄:將控件加到工具欄，用戶可用鼠標選擇所要的控件;

　　c) ActiveX控件制作:一般控制系統(tǒng)主要包括輸入部分、控制部分、執(zhí)行部分和監(jiān)控部分。在進行控件制作時，也應(yīng)包括輸人、控制、輸出和監(jiān)控部分。常見的控件有:連接線、模擬量輸人、模擬量輸出、數(shù)字量輸人、數(shù)字量輸出、PID控制、策略編程、策略編程對話框、開/關(guān)控制、串行通信、定時器、條形圖顯示組件和滑動條顯示組件等;

　　d)策略解釋執(zhí)行:這是軟件的執(zhí)行部分。在完成前三步工作后，就可以進行組態(tài)工作了。用戶可按照自己的要求通過點擊控件工具欄將控件加人到容器中，再用連接線將控件連接起來，組成自己的系統(tǒng)。如果要運行組態(tài)必須編寫方法和事件的代碼，然后才能完成組態(tài)的解釋執(zhí)行。

　　在組態(tài)軟件界面組態(tài)工具設(shè)計時，可采用Visual Basic或VisualC ++作為開發(fā)工具來完成。

4 結(jié)束語

　　在數(shù)控技術(shù)實訓(xùn)中心現(xiàn)場采用基于現(xiàn)場總線的PLC監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了CAD/LAPP/ PDM系統(tǒng)的資源共享，貫通了從設(shè)計到工藝的整個過程;完成了工藝編制過程中各種信息的統(tǒng)計匯總功能;完成了常用術(shù)語導(dǎo)航、設(shè)備特征、內(nèi)部標準和設(shè)計手冊等工藝知識資源框架建設(shè)，減少了重復(fù)勞動，提高了效率，避免了差錯;統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫可為相關(guān)授權(quán)人員信息共享，文檔變化能達到實時相應(yīng)，這對提高數(shù)控設(shè)備的可靠性和保證教學品質(zhì)都有重要意義，贏得了廣大師生一致好評。