PROFIBUS总线在磨床上的应用

夏超国

摘 要： 本文通过对PROFIBUS总线在磨床M540改造中的应用，讲述了PROFIBUS-DP现场总线在旧设备改造中，数控系统中硬件配置网络参数配置以及调试安装中应注意的事项。

关键词： PROFIBUS-DP；现场总线；硬件配置；网络参数配置

中图分类号： TP273+.5 [HT5H]文献标识码： A 文章编号： 10084738（2014）01010003

1 引言

PROFlBUS现场总线技术是近年较为成熟的工业现场总线，数据传输快，其最高传输速率可达12MB，PROFIBUS现场总线由现场总线信息规范（PROFIBUS-FMS）、过程自动化（PROFIBUS-PA）和分布式I/0（PROFIBUS-DP）三个兼容部分组成[1]。其中应用最广泛的是PROFIBUS-DP总线，主要用于中央控制单元与分散的I/0之间的信，不仅可以取代24 VDC或4～20 mA信号的传送，而且可以满足现场控制快速响应的时间要求。随着设备的不断更新改造， PROFIBUS-DP总线在企业的应用越来越广泛[2]。M540磨床是上世纪90年代早期从德国引进的机床，使用至今控制系统各部件已逐渐老化，故障率高，性能下降，为了更好地满足加工要求，应用了PROFIBUS-DP总线对其进行全面改造，以减少现场硬件连线。

2 PROFIBUS-DP在M540改造中的应用

西德磨床M540在改造过程中，采用PROFIBUS-DP现场总线技术代替传统的硬接线控制方法，减少了电箱同外围I/O设备之间的连线，降低了成本，同时也减少了设备故障点。下面以基于PROFIBUS-DP总线的磨床数控系统的硬件配置以及PROFIBUS-DP网络的组建方法进行介绍。

2.1 磨床系统结构及硬件配置

M540数控系统采用现场总线技术，用一根通信电缆代替了大量的I/O电缆，用数字化的通信代替了4-20 mA/24 VDC信号的传送，实现对现场设备的控制和监测。

整个PROFIBUS-DP网络由11个站组成，DP主站采用西门子840D数控系统内置的S7-300 PLC的，S7-300的CPU315-2DP配备由PROFIBUS-DP通信端口，可组建多达127个站点的PROFIBUS-DP现场总线网络。其余10个DP从站分别由MARPOSS P7与ET-200L分布式I/O模块组成，其中ET-200L分布式I/O模块安装在电箱及机床床身部位等与数字量、模拟量信号接近的地方，以减少机床的连线。

2.2 S7软件组建ET-200L分布式I/O

在S7-300中，不需要为现场总线编写通信程序，只需通过S7的STEP7软件对DP主站和所有DP从站进行硬件组态，并统一分配地址即可。对ET-200L的设置步骤如下：

（1）对DP主站进行硬件组态

打开STEP7软件SIMATIC manger ，双击“Hardware”选项，进入硬件界面，从硬件目录中选取所需的CPU、电源模块、I/O模块等并将其拖入相应的槽位。（注意软件组态选取的CPU与实际CPU相一致，且具备DP接口）

（2）对DP主站系统进行组态

对DP主站进行硬件组态后，再组态DP主站系统。首先组建PROFIBUS网络，设置PROFIBUS的主站地址，将其设置为“2”，同时将组态网络属性进行主站网络参数设置，传输速率设为“1.5 Mbit/s”， 文件配置为“DP”[3]。

然后从硬件目录中选所需的从站模块ET-200L，用鼠标托放到DP主站系统。（此时应注意所需的模块的订货号及版本与实际硬件一致，否则在运行时将出现故障）

（3）设置各站点在PROFIBUS-DP中的地址

DP主站与子站的地址可以自由设定，只要地址不重复，不超出规定范围即可。我们将ET-200L模块的地址依次重新设定，避免地址重复设置。

由于在硬件组态过程中已经解决了网络的通信问题，所以在对PLC编程过程中无需对通信再进行编程，对子站信号的处理就像同一台PLC中对所有I/O编程一样，直接调用其地址就可以。由此可见PROFIBUS-DP现场总线技术具有“硬件分散，软件集中”的特点。

2.3 MARPOSS P7与PROFIBUS-DP建立通信

MARPOSS P7量仪作为一种集轴向测量、直径跟踪测量、噪声监控、防碰撞、砂轮动平衡等技术于一体的控制系统，越来越多地应用于磨床的控制系统中。由于P7量仪具备PROFIBUS-DP接口，因此对于它们的控制可以采用PROFIBUS-DP进行连接通信，并能减少硬件接线、增加诊断功能。

（1）硬件组态

由于MARPOSS P7量仪为非西门子产品，我们在进行组态时不能在硬件目录中找到MARPOSS模块，因此就需要安装该模块所对应的“GSD”或“GSE”文件，将此“GSD”或“GSE”文件加入到主站组态软件STEP7中就可以组态该从站的通信接口。该文件包含了该从站模块的所有信息。（对应的“GSD”或“GSE”文件由MARPOSS公司提供）

在硬件组态画面中安装“GSD”文件时，应退出所有应用程序，点击菜单中“选项”，然后找到厂家提供的“GSD ”（或“GSE”）文件，单击“安装”，完成安装后，可在硬件目录中找到该设备，将其拖放至DP主站系统上，完成硬件组态。

（2）参数设置

设置MARPOSS网络参数时，需要由MARPOSS厂家提供通信数据的内容的定义。在本次改造中P7参数的设定为：地址70-83设定为14BYTE的输入输出，地址272-277设定为6BYTE 指令/响应通道，地址278-289为12BYTE 输入/一致性数据。endprint

（3）MARPOSS P7通信

虽然MARPOSS在组态完成后即完成了同主站系统的通信，无需编写通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信时可能会遇到“数据的一致性”及“连续性”问题，如在通信的过程中以字或字节的形式进行通信，且通信数据大于3字节或4字节以上，往往要求通信的所有数据在一个循环处理周期内确保发送或接收完成，从而保证数据的一致性及连续性，此时需要调用SFC15对数据进行打包和调用SFC14对数据进行解包[3]。

根据MARPOSS提供数据的要求，为了确保MARPOSS P7控制数据在磨削过程中的完整及及时处理，对指令/响应通道及输入/一致性数据需进行调用SFC14及SFC15进行打包处理。下面为改造中对P7的控制数据的处理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解开主站存放在地址272-277工6字节数据打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

给放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的数据包打开，通过QB272-QB277发送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解开主站存放在地址278-289中共12字节数据打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通过以上三条语句调用，在PLC程序中应用DB101.DBB0-DBB23地址数据，再配合P7输入输出地址70-83进行PLC编程，就能及时准确对P7的数据进行控制及监控，完成P7所要求的功能。

2.4 安装调试中需注意的事项

（1）profibus连接器终端电阻设定

每个PROFIBUS-DP站点的连接器上均设一个终端电阻选择开关，当该站点处于PROFIBUS-DP网络的起点或终点时，连接器上的选择开关必须置于“ON”位置，其余中间站点选择开关置于“OFF”位置。总线系统的终止使节点可以根据需要连接或断开连接，而不会引起故障。

（2）传输速率的合理选择

虽然PROFIBUS-DP的传输速率最高可达12 Mbit/s，但在实际应用过程中，由于传输距离、外界干扰等因素存在，应适当降低传输速率以保障网络数据传输的稳定性。在M540的设定中将网络传输速率设定为1.5 Mbit/s，从应用效果来看，能够很好的满足数据交换的要求，且稳定性较好。

（3）网络地址的设定

尽管DP网络子站的地址可以随意设定，但在实际的改造设计中应尽可能将地址设计与机床原地址相一致，且设定的地址不能重复。

（4）网络参数的下载

把由STEP7创建的组态从PG下载到CPU315-2DP中时，模式开关必须在“STOP”位置，下载完成后切换到”RUN”模式时，将进行实际组态同设定点的组态相比较，只有相一致，CPU才能进入运行模式。如不能运行，则应进行硬件组态及地址设定进行检查或调用诊断程序，找出故障点。

3 结论

此次PROFIBUS-DP总线技术成功应用于M540数控系统改造中，使设备正常运行的电缆数量大为减少，设备的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了运行成本。为以后旧设备的改造提供了一种新型控制方法，具有广泛的推广应用前景。

[参考文献]

[1] 刘朝华.西门子数控系统调试与维修[M].北京：国防工业出版社，2010：10.

[2] 崔 坚 ，李 佳.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005：3.

[3] PROFIBUS-DP现场总线通讯[Z].西门子有限公司说明书，2009：9.endprint

（3）MARPOSS P7通信

虽然MARPOSS在组态完成后即完成了同主站系统的通信，无需编写通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信时可能会遇到“数据的一致性”及“连续性”问题，如在通信的过程中以字或字节的形式进行通信，且通信数据大于3字节或4字节以上，往往要求通信的所有数据在一个循环处理周期内确保发送或接收完成，从而保证数据的一致性及连续性，此时需要调用SFC15对数据进行打包和调用SFC14对数据进行解包[3]。

根据MARPOSS提供数据的要求，为了确保MARPOSS P7控制数据在磨削过程中的完整及及时处理，对指令/响应通道及输入/一致性数据需进行调用SFC14及SFC15进行打包处理。下面为改造中对P7的控制数据的处理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解开主站存放在地址272-277工6字节数据打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

给放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的数据包打开，通过QB272-QB277发送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解开主站存放在地址278-289中共12字节数据打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通过以上三条语句调用，在PLC程序中应用DB101.DBB0-DBB23地址数据，再配合P7输入输出地址70-83进行PLC编程，就能及时准确对P7的数据进行控制及监控，完成P7所要求的功能。

2.4 安装调试中需注意的事项

（1）profibus连接器终端电阻设定

每个PROFIBUS-DP站点的连接器上均设一个终端电阻选择开关，当该站点处于PROFIBUS-DP网络的起点或终点时，连接器上的选择开关必须置于“ON”位置，其余中间站点选择开关置于“OFF”位置。总线系统的终止使节点可以根据需要连接或断开连接，而不会引起故障。

（2）传输速率的合理选择

虽然PROFIBUS-DP的传输速率最高可达12 Mbit/s，但在实际应用过程中，由于传输距离、外界干扰等因素存在，应适当降低传输速率以保障网络数据传输的稳定性。在M540的设定中将网络传输速率设定为1.5 Mbit/s，从应用效果来看，能够很好的满足数据交换的要求，且稳定性较好。

（3）网络地址的设定

尽管DP网络子站的地址可以随意设定，但在实际的改造设计中应尽可能将地址设计与机床原地址相一致，且设定的地址不能重复。

（4）网络参数的下载

把由STEP7创建的组态从PG下载到CPU315-2DP中时，模式开关必须在“STOP”位置，下载完成后切换到”RUN”模式时，将进行实际组态同设定点的组态相比较，只有相一致，CPU才能进入运行模式。如不能运行，则应进行硬件组态及地址设定进行检查或调用诊断程序，找出故障点。

3 结论

此次PROFIBUS-DP总线技术成功应用于M540数控系统改造中，使设备正常运行的电缆数量大为减少，设备的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了运行成本。为以后旧设备的改造提供了一种新型控制方法，具有广泛的推广应用前景。

[参考文献]

[1] 刘朝华.西门子数控系统调试与维修[M].北京：国防工业出版社，2010：10.

[2] 崔 坚 ，李 佳.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005：3.

[3] PROFIBUS-DP现场总线通讯[Z].西门子有限公司说明书，2009：9.endprint

（3）MARPOSS P7通信

虽然MARPOSS在组态完成后即完成了同主站系统的通信，无需编写通信程序，但是在PROFIBUS-DP通信时可能会遇到“数据的一致性”及“连续性”问题，如在通信的过程中以字或字节的形式进行通信，且通信数据大于3字节或4字节以上，往往要求通信的所有数据在一个循环处理周期内确保发送或接收完成，从而保证数据的一致性及连续性，此时需要调用SFC15对数据进行打包和调用SFC14对数据进行解包[3]。

根据MARPOSS提供数据的要求，为了确保MARPOSS P7控制数据在磨削过程中的完整及及时处理，对指令/响应通道及输入/一致性数据需进行调用SFC14及SFC15进行打包处理。下面为改造中对P7的控制数据的处理程序：

CALL SFC14 INO =W#16#110 RET-VAL =MW290

OUT1 =P#DB101.DBX6.0 BYTE 6

解开主站存放在地址272-277工6字节数据打包并放至DB101.DBB6-DB101.DBB11中。

CALL SFC15 INO =W#16#110 IN1 = P#DB101.DBX0.0 BYTE 6

OUT1 =MW288

给放在主站DB101.DBB0-DB101.DBB5的数据包打开，通过QB272-QB277发送出去。

CALL SFC14 INO=W#16#116 RET-VAL =MW286

OUT1 =P#DB101.DBX12.0 BYTE 12

解开主站存放在地址278-289中共12字节数据打包并放至DB101.DBB12-DB101.DBB23中。

通过以上三条语句调用，在PLC程序中应用DB101.DBB0-DBB23地址数据，再配合P7输入输出地址70-83进行PLC编程，就能及时准确对P7的数据进行控制及监控，完成P7所要求的功能。

2.4 安装调试中需注意的事项

（1）profibus连接器终端电阻设定

每个PROFIBUS-DP站点的连接器上均设一个终端电阻选择开关，当该站点处于PROFIBUS-DP网络的起点或终点时，连接器上的选择开关必须置于“ON”位置，其余中间站点选择开关置于“OFF”位置。总线系统的终止使节点可以根据需要连接或断开连接，而不会引起故障。

（2）传输速率的合理选择

虽然PROFIBUS-DP的传输速率最高可达12 Mbit/s，但在实际应用过程中，由于传输距离、外界干扰等因素存在，应适当降低传输速率以保障网络数据传输的稳定性。在M540的设定中将网络传输速率设定为1.5 Mbit/s，从应用效果来看，能够很好的满足数据交换的要求，且稳定性较好。

（3）网络地址的设定

尽管DP网络子站的地址可以随意设定，但在实际的改造设计中应尽可能将地址设计与机床原地址相一致，且设定的地址不能重复。

（4）网络参数的下载

把由STEP7创建的组态从PG下载到CPU315-2DP中时，模式开关必须在“STOP”位置，下载完成后切换到”RUN”模式时，将进行实际组态同设定点的组态相比较，只有相一致，CPU才能进入运行模式。如不能运行，则应进行硬件组态及地址设定进行检查或调用诊断程序，找出故障点。

3 结论

此次PROFIBUS-DP总线技术成功应用于M540数控系统改造中，使设备正常运行的电缆数量大为减少，设备的故障率大大降低，提高了控制精度，降低了运行成本。为以后旧设备的改造提供了一种新型控制方法，具有广泛的推广应用前景。

[参考文献]

[1] 刘朝华.西门子数控系统调试与维修[M].北京：国防工业出版社，2010：10.

[2] 崔 坚 ，李 佳.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005：3.

[3] PROFIBUS-DP现场总线通讯[Z].西门子有限公司说明书，2009：9.endprint