profibus在汽车仪表板发泡生产线上的应用

profibus 在汽车仪表板发泡生产线上的应用

一、 前言

针对目前汽车仪表板产品更新换代快、制造复杂程度高等特点，运用西门子现场总线与多轴伺服定位技术，研制出高性能的汽车仪表板发泡生产线，实现柔性化、自动化的生产要求。

二、 系统的分析及方案设计

1. 系统控制功能描述

汽车仪表板发泡生产线是以聚氨酯为发泡料，在通用模架上实现全自动生产各类车型仪表板的生产线。该系统机械部分主要由发泡模架、伺服控制充注机械手、发泡模具等组成见图1

发泡模架是通用的。通过安装在发泡模架上的发泡模具更换实现产品的更新换代。其系统的控制包括模架运动、模具动作及充注机械手运动。工艺流程见图2 （以1号模架安装Bll 模具为例）。

2. 主从站设计及通信介绍

主站：西门子S7-300PLC

从站：发泡模架部分，发泡模具部分，机械手定位部分

根据工艺要求，每个发泡模架及每种型号的模具为单独从站，安装有IO 装置，主从站之间通过PROFIBUS —DP 通信线连接，实现主从站之间的通信。触摸屏设定工艺参数并监控系统参数；FM357—2多轴定位模块完成充注机械手的X 一Y 轴二维定位运动。通过触摸屏设定实现注料过程中不同注料轨迹的运动，不仅完成了机械手的功能，而且具有造价低、适应范围广的特点。其系统控制结构图见图3。

SIEMENS S7-300PLC

发泡模架控制部分：每个发泡模架从站由一个伺服驱动器和一个伺服电机构成。伺服系统的上位机由西门子的S7-300PLC 组成，它有一个专门的PROFIBUS-DP 接口，一个MPI 通信接口，可接入64个从站，PROFIBUS-DP 总线负责对整个系统的中的所有伺服控制器进行管理，包括速度、力矩、位置等参数的命令传送与设置，从而达到各个模架的准确运动。 下图为发泡模架控制部分结构图：

三、 系统控制的关键技术

1. PROFIBUS —DP 总线技术

PROFIBUS —DP 用于现场层的高速数据传送，主站周期地监控站读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。其标准化的现场总线具有“开放”的通信接口。允许用户自由选用分散的I ／0

装置在此系统控制中，每个产品的上、下模具各配有一个从站。各模具的

从站与系统采用多极连接器连接，每个从站在硬件组态时有一个PROFIBUS 总线地址。它与接口模块IM151 一l 从站的地址码相一致。

由于每个模具所配的PROFIBUS 总线地址的唯一性。系统将可能的各产品在硬件组态完成以后，形成不同产品的完整程序，PI 根据实际配置的从站运行。例如：该系统任一模架可从6个产品中选配模具，剩下的2个产品的从站不与PROFIBUS 总线连接，系统自动识别并正常运行。只是PLC 主站的总线通信由于硬件配置和实物不同而显示报警各模架所配的模具从站通过PROFIBUS —DP 连接，并通过多极连接器将模具的代号识别作为PLC 输入信号。彻底解决了汽车仪表板发泡生产线的多品种生产的问题，实现了柔性化、自动化的生产要求。

2. FM357—2 多轴定位模块

伺服控制系统是通过FM357—2定位模块驱动两轴伺服放大器实现两维冲注运行，实现对复杂型面工件的曲线充注，该模块可以控制四轴伺服电机运行将伺服电机轴都放于1个通道控制，可以实现高精度插补，多轴同步的定位运行，也可将伺服电机轴放于不同的通道控制，实现分开控制。

FM357—2作为西门子S7—300的一个功能模块，它与S7—300、触摸屏之间的数据关系见图5

通过PG 实现FM357—2参数包的设定及编程。FM357—2参数包括 machine data，zero offsets ，tool offsets，R parameters，GUD program，NC program。其中：machine data中设定相关的伺服控制参数，在伺服电机轴配置中将二个轴放于1个通道控制，实现两轴插补，同时运行；NC program 包括main program，sub program，special programs。

在S7—300程序中．FC100，FCIO1，FC103，FC105分别完成REFERENCE ，JOG ，AUTO ，R 参数通信的功能；DB30，DB31分别为FM 信号数据块和轴信号数据块，与FM357—2通信。

3. 上位主机的软件设计

通过PROFIBUS-DP 总线进行通信与控制的伺服系统，

主要解决的是上位主机的软件设计问题，

以下是PLC 程序的主要设计框图：

程序主要由几大部分组成：OB100、OB1和FB40组成。

OB100是暖启动组织块，系统启动就调用OB100，它包括功能FC35即INIT_FIELDBUS，主要作用是初始化已经打开的背景数据块，为伺服控制器设置输入/输出总线地址。

OB1是主程序组织块，包括功能FC32、功能块FB40、功能FC37和背景数据块DB40。FC32即CYCL_UPDATE，它的功能是定期的读和更新来自总线上的背景数据块的数据。功能块FB40是控制伺服控制器的主要程序块，它将完成伺服控制器的初始化和位置控制，主要包括功能FC40和功能 FC41。FC40即INIT_SERVO,它主要完成多个轴的初始化即多个伺服控制器的初始化。FC41即POS_SEQ_SERVO，它是整个伺服控制的核心部分，一些控制命令如速度命令、位置命令、力矩命令、原点复归命令以及从总线上读取伺服控制器的反馈值等都是由它完成的。FC37即 FAULT_RESET，它是复位模块，清除总线的错误信息并产生一个复位命令使伺服控制器重新复位。DB40是功能块FB40的背景数据快。

FC30是FC40的子块，完成从PLC 到伺服控制器的命令传送，检查命令是否被正确执行并且对错误进行处理。FC31是FC41的子块，它对FC41 的完成情况加以诊断并报告总线。FC33和FC34也是功能块FB40的附属部分，FC33对当前伺服控制器的状态进行检查，如果空闲向总线发送命令表示下一个命令可以发送。FC34处理多个伺服控制器的同步和异步错误信息并产生错误报告。

参考文献

[1]傅明源，孙酣经. 聚氨酯弹性体及其应用[M]．3版．北京：化学工业出版社．2006．

[2]寥常初．s7—300／400PLC 应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2005．

[3] 阳宪惠. 现场总线技术及其应用. 北京：清华大学出版社，1999.6

[4] 西门子S7-300参考手册. 西门子（中国）有限公司提供

[5] SIEMENS STEP 7 V5.1编程手册. 西门子（中国）有限公司发行

[6] PROFIBUS标准（JB/T10308.3—2001）简要说明. 西门子（中国）有限公司提供

[7] BWS-BBR/BBF型伺服控制器技术手册. 广州博玮伺服科技有限公司提供