基于PROFIBUS-DP汽车总装控制系统设计研究分析

【摘 要】PROFIBUS-DP使用一种更加简单的总线技术，对于汽车总装而言可以适应安全稳定的要求，本文分析了PROFIBUS-DP汽车总装控制系统设计的主要思路，并对其系统构成进行了分析，从而说明该系统不仅降低了系统成本更主要的是提高了总装自控系统的效率。

【关键词】PROFIBUS-DP；系统设计；系统结构；控制优势

一、PROFIBUS-DP概述

PROFIBUS是过程现场总线的简称，是一种开放式异步通讯标准，在1996年成为国际标准。所谓的PROFIBUS-DP是该标准中的一种，其特点是设置简单功能强大。可以实现自动化设备之间的高速数据交换，目前数百个制造商和供应商提供数千种PROFIBUS产品，并已经广泛应用于制造业自动化、流程工业自动化等。目前DP的版本有三种，分别适用于不同的控制对象。在PROFIBUS-DP中数据交换多为循环进行，一类主站循环读取从站的数据，并以此向其输出信息。而系统中的非循环信息则辅助对整个系统进行故障诊断和报警等。

二、汽车总装控制系统使用PROFIBUS-DP的设计思路

1、总体构建

1）总线与实时性。汽车的总装系统是一个大型的控制系统，因此应对现场总线的类型、系统冗余、安全稳定等方面进行择优选取，同时汽车行业以数字量为主，系统构建必须考虑实时性要求。2）控制点数选择。系统设计的一个重要条件是对控制点数的了解与控制，对开关量的输入输出、模拟量的输入输出必须有总体的把握。3）主站选择。主站的形式有PLC、工控机、集成IPC，通常选择的是PLC为主站。4）从站选择。从站数量和位置以及控制对象是影响考虑的主要问题。系统应根据具体的控制对象进行选择，并使之与主控PLC相适应。

2、其他系统选择

1）软件系统。在构成系统时软件系统也是十分重要的控制基础，系统、主站、从站、人机界面的组态将由软件实现，因此应应合理选择方便人机交互。2）通讯线缆。电缆是数据交互的纽带，不同的电缆适应不同的工况，但是不论何种环境都必须使用高标准的电缆是保证系统的稳定与安全。3）故障诊断工具。现场总线在调试的时候应选择适应的分析与故障诊断工具，这主要是为了节约调试的时间，提高工作效率。

三、系统框架设计

为了实现前面所述的各项要求，在设计中汽车总装采用了多媒体技术、现场总线技术、高速以太网技术、工控技术等构建了一个以PROFIBUS-DP为基础的控制系统。具体设计结构如下：

1、通讯系统

总装控制系统的外部数据交换采用的是标准的TCP/IP的以太网结构，工业控制部分则是利用现场总线完成。此种设计可以将生产管理的数据与工业控制网络进行区分，这样可以分别对信息管理与工控网络进行不同的网络设置，满足其不同的要求，实现数据的分流降低系统负担提高安全性。现场监控站、管理站、现场LED终端、数据库、软件用户之间所采用的是TCP/IP通信协议完成数据传输和共享。数据库中的资料只有通过服务器才能实现与现场设备的信息交互。用户可以通过浏览器对生产现场的信息进行了解，也可利用与数据服务器进行直接的信息交流，然后通过监控计算机完成对现场设备的控制。用户不能直接参与现场设备控制与数据库操作，这样就保证了数据的安全性与人机交互的友好性。

2、控制系统

现场控制站选择采用的是西门子控制平台，分布在各个工艺段落，PLC主站之间和控制计算机之间利用Profib-DP网络协议进行连接，实现工控信号的高速传输。PLC自动监控负责对重要设备进行控制与监测，同时也可进行人工干预而调整运行参数。PROFIBUS-DP的多个设备地址设置可以保证其在大范围内建立相对简单的网络模式，从而解决复杂的通信任务，提高了系统的灵活性。

3、设备系统

系统采用PROFIBUS-DP网络，连接分布在总装系统的传感器 、执行器、变频器、现场分布I/O、具有总线接口的自动化设备等，设备之间采用的是光纤直接连接，实现数字与模拟信号的输入、输出，以及智能信号装置与过程调控装置，可编程PLC之间的数字化传输。系统在此网络的支持下，将信号通道分散到需要进行控制的设备附近，是整个系统的成本大大降低。实现了底层设备的低成本、高效率的信息集成与传递模式。PROFIBUS-DP使用了第一层、二层和用户接口层。第三层至第七层没有使用，这样的结构简化块可以保证数据的高速传输，满足系统的实时性需求。直接数据链路映像程序提供了对第二层的访问。在用户接口上规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能和各种类型的系统与设备的功能特征。这样的高速传输模式是一种优化模式，适应整个系统的结构，尤其是现场PLC和现场分散的I/O设备之间的数据通信。

四、结束语

PROFIBUS-DP系统是新一代的现场总线异步通讯标准，DP结构可以帮助建立自动化设备与控制系统之间的高速信息通信网络，设置简单且成本低廉，前文所阐述的以PROFIBUS-DP为基础的汽车总装控制系统在实际应用中具有以下突出特征：网络结构上采用的是统一的PROFIBUS-DP总线技术，简化了结构优化了数据传输过程；可以满足自控系统的各种需要；将厂用信息与控制信息利用数据库相互融合可以实现综合管理与控制，协调整个生产流程的生产进度；现场数据与厂用信息的分离可以使现场系统的负载降低提高其服务效率；通过监控系统的建立改变了原有的生产管理模式，实现了自动化的控制与监控，节约了人力与工作强度，对产出出现的情况可以实现实时化掌控，通过反馈和故障报警技术人员可以及时的对设备运行进行调控，实现了自动化与人工干预的合理协调。

参考文献

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