一種基于PROFIBUS-FMS在汽車廠總裝車間的應(yīng)用

沈陽華晨金杯M1工廠主要生產(chǎn)中華轎車，在總裝車間的設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中，具有能實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，對現(xiàn)存故障給出準(zhǔn)確的報警提示等功能。要實現(xiàn)這些功能，必須實現(xiàn)對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)的采集?，F(xiàn)場OEM的設(shè)備中控制器大都采用了西門子S7 300 PLC，這些設(shè)備包括：生產(chǎn)線主輸送鏈，車門分裝線，儀表板分裝線，輪胎輸送線，發(fā)動機(jī)機(jī)分裝線。

1系統(tǒng)分析

M1工廠總裝車間生產(chǎn)線上生產(chǎn)線主輸送鏈PLC型號為S7 318-2DP，其余輸送線，包括車門分裝線，儀表板分裝線，輪胎輸送線，發(fā)動機(jī)分裝線均為S7 315-2DP。

上述西門子S7 300 系列PLC都支持PROFIBUS協(xié)議， PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化，PROFIBUS由三個兼容部分組成，即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信；PROFIBUS-PA：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范；PROFIBUS-FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)、實時多主網(wǎng)絡(luò)。

1.1 PROFIBUS –FMS特點分析

PROFIBUS -FMS使用了第1層、第2層和第7層。應(yīng)用層（第7層）包括FMS（現(xiàn)場總線報文規(guī)范）和LLI（低層接口）。FMS包含應(yīng)用協(xié)議和提供的通信服務(wù)。LLI建立各種類型的通信關(guān)系，并給FMS提供不依賴于設(shè)備的對第2層的訪問。

PROFIBUS—FMS是車間級現(xiàn)場總線，主要用于車間級設(shè)備監(jiān)控，完成車間生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)及生產(chǎn)過程監(jiān)控、車間級生產(chǎn)管理、車間底層設(shè)備及生產(chǎn)信息集成。它提供了大量的通信服務(wù)，如現(xiàn)場信息傳送、數(shù)據(jù)庫處理、參數(shù)設(shè)定、下載程序、從機(jī)控制和報警等，適用于完成以中等傳輸速度進(jìn)行較大數(shù)據(jù)交換的循環(huán)和非循環(huán)通信任務(wù)。

由于它是完成控制器與智能現(xiàn)場設(shè)備之間的通信以及控制器間的信息交換，因此它主要考慮系統(tǒng)的功能，而不是系統(tǒng)的響應(yīng)時間。PROFIBUS-FMS在使用RS-485時，其通信速率為9.6 Kbps-500 Kbps，距離1.6Km-4.8Km，最多可接122個節(jié)點，使用FSK（頻移鏈控）時，最多32個節(jié)點，距離可達(dá)5Km，介質(zhì)可為雙絞線或光纜。功能強(qiáng)大的FMS服務(wù)可在廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)使用，并為解決復(fù)雜通信任務(wù)提供了很大的靈活性。

1.2 方案分析

在M1工廠的現(xiàn)場實際情況是，設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)功能是在生產(chǎn)線投產(chǎn)以后才投資新增的一個功能模塊，因此要求在施工的過程中不能影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，現(xiàn)場輸送鏈PLC要傳送給上級的數(shù)量較大，但實時性要求不是很高。結(jié)合現(xiàn)場實際情況以及PROFIBUS三種協(xié)議的特點，現(xiàn)場選擇組建了PROFIBUS－FMS網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。由于現(xiàn)場OEM的PLC都具有各自的任務(wù)，為了不影響現(xiàn)有功能，增加了一臺西門子S7 315－2 DP。

此 PLC在和其它現(xiàn)場的每臺PLC進(jìn)行通訊的同時，作為與上級系統(tǒng)進(jìn)行通訊的網(wǎng)橋（與上級系統(tǒng)進(jìn)行通訊還需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換）。這臺PLC與現(xiàn)場的PLC之間組成FMS網(wǎng)絡(luò)。為了組建FMS網(wǎng)路，在每臺PLC上都安裝了西門子的CP 343－5通訊模塊。CP 343－5通訊模塊支持FMS協(xié)議，其主要任務(wù)是：

從PROFIBUS上接收數(shù)據(jù)，把FMS的格式轉(zhuǎn)化為PLC所要求的特定格式，并把數(shù)據(jù)送到CPU的用戶數(shù)據(jù)區(qū)。

從CPU用戶數(shù)據(jù)區(qū)獲得數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成FMS格式，發(fā)送到PROFIBUS上。

現(xiàn)場系統(tǒng)構(gòu)成圖如下：

系統(tǒng)構(gòu)成圖

2 軟件組態(tài)和編程

2．1 建立FMS連接的步驟

在建立FMS連接的過程中主要對以下幾個步驟的進(jìn)行配置：

打開已經(jīng)組態(tài)好的PLC站點

增加要建立FMS連接的PLC工作站，在組態(tài)的過程中注意要把所有CP343-5的網(wǎng)絡(luò)連接到相同的PROFIBUS上。

點擊Configure Network按鈕，進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)組態(tài)界面，下圖為中華工廠網(wǎng)絡(luò)組態(tài)圖，其中所有的CP343-5都連接到PROFIGBUS（1）（PROFIGBUS-FMS）上，這里為每個站點分配了地址。每臺PLC還有自己單獨的PROFIGBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。

PROFIGBUS網(wǎng)絡(luò)圖

點擊Insert－》Connection，進(jìn)入FMS連接界面 ，逐個選擇要建立連接的伙伴，連接類型選擇FMS connection 如下圖所示：

FMS連接圖

然后對以下參數(shù)進(jìn)行配置或指定：

1） 進(jìn)一步指定傳輸特性

2） 匹配FMS通訊伙伴的服務(wù)

3） 組態(tài)FMS的數(shù)據(jù)接收端（客戶端）：指定讀或者寫的通訊變量；指定報告變量進(jìn)入的數(shù)據(jù)區(qū)；為被保護(hù)的變量分配設(shè)備存取權(quán)。

4） 組態(tài)FMS數(shù)據(jù)發(fā)送端（服務(wù)端）。

5） 在組態(tài)的過程中要注意通訊地址和通訊變量的匹配。

最后把組態(tài)好的配置下載到PLC中，實現(xiàn)FMS連接。

2．2 編程

在S7 軟件中為FMS通訊已經(jīng)編寫好了通訊功能模塊，各功能模塊的功能如下：

FB2：校驗設(shè)備屬性

FB3：讀取數(shù)據(jù)

FB4：傳輸沒有確認(rèn)的數(shù)據(jù)

FB5：狀態(tài)校驗

FB6：寫數(shù)據(jù)

只要我們根據(jù)需要調(diào)用相應(yīng)的功能模塊就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

在中華工廠的實際應(yīng)用中，由于網(wǎng)橋PLC要于其他現(xiàn)場的每個PLC都要進(jìn)行通訊，而現(xiàn)場PLC之間沒有直接的進(jìn)行通訊，而是通過網(wǎng)橋PLC中轉(zhuǎn)完成的，因此現(xiàn)場的PLC每類的功能塊只調(diào)用一次，而網(wǎng)橋PLC要為和每個PLC通訊分別調(diào)用各類的功能塊。

在調(diào)用功能塊時要指定一個數(shù)據(jù)塊（DB塊），作為傳輸數(shù)據(jù)的儲存區(qū)。這個數(shù)據(jù)塊建好以后，通過編程把要進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)塊內(nèi)，然后在變量表里把數(shù)據(jù)塊設(shè)定為通訊變量并指定其索引值。

3結(jié)語

沈陽華晨金杯客車有限公司中華工廠總裝車間的FMS網(wǎng)絡(luò)，在實施的過程中對原有的程序中增加發(fā)送和接收數(shù)據(jù)塊，程序的改動量很小，完全沒有影響到正常生產(chǎn)的進(jìn)行，總之FMS的靈活方便，是一種比較好的解決車間級通訊的傳輸協(xié)議。M1工廠FMS網(wǎng)絡(luò)從2003年初開始運行以來，一直比較穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崟r的監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，給出設(shè)備故障提示，這為提高設(shè)備運行率提供了很大的幫助，很好的達(dá)到了設(shè)計要求。只是在后來的改造中拆除了儀表板分裝線，在程序中相應(yīng)去除了儀表板節(jié)點，但對于整個系統(tǒng)通訊沒有任何的影響，這也體現(xiàn)了系統(tǒng)靈活的一面。

編輯：jq