基于PROFIBUS-DP协议现场总线的自动分拣控制系统的研究

【摘要】：随着现代工业生产规模的不断扩大和自动化信息技术的飞速发展,传统的自动化分拣系统(Automatic Sorting System)在物流行业、烟草行业、机场运输系统中的应用已日渐成熟,但随着自动化生产设备向高速、低成本、兼容性强等方向的发展,这种集计算机、控制网络、PLC和电气控制系统于一体的传统自动分拣系统已不能满足工业生产向低成本、快速、高效发展的要求。自二次大战后,美国、日本等发达国家在工业生产中广泛采用自动分拣系统,并逐渐形成了技术垄断,目前我国的自动分拣系统大部分是成套引进国外设备,缺乏自主知识产权的自动分拣系统。开展对物料分拣及其控制系统的研究,实现分拣系统的高度机械化、自动化和网络化,对我国提高生产效率、节约人力成本具有积极意义。 目前国内广泛应用的自动分拣系统大部分采用传统的控制方法,现场的传感器采集数据后,通过继电器等电气控制系统将信号传输至上位机,控制系统体积庞大、布线复杂且数据传输速率慢,同时元件使用寿命短、性能不稳定。国外发达国家广泛使用基于DCS控制系统的自动分拣系统运行稳定,并且具有精度高、易控制、性价比高等优点,但是随着信息技术的发展和工业控制系统向分散化、智能化、网络化的发展,现场总线技术逐渐成为全球工业自动化技术的热点之一,并大有取代DCS的趋势。现场总线是安装在生产过程区域的现场设备与控制室内的自动控制装置之间的一种数字式的、串行的、双向传输的、多分支结构的通信网络,其中,PROFIBUS现场总线又以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规,成为国际上通用的现场总线标准之一,是目前应用最广泛的现场总线标准。本文将基于PROFIBUS-DP协议的现场总线技术应用于自动分拣系统,取代了传统的24V DC或4-20mA数据信号,可实现分拣现场到上位机监控的分散式数字控制和现场通信网络,从而为实现自动化分拣系统和现场设备智能化提供了可行的解决方案。 本文在比较分析了PROFIBUS-DP与其他几种典型现场总线系统的优点,在充分了解自动分拣系统的控制动作流程、适用范围和作业条件后,选择了以基于PROFIBUS-DP协议的现场总线技术为基础,设计了自动分拣系统的总体网络结构,并选择德国西门子产品(可编程序控制器PLC、上位机监控软件WINCC等)完成了对自动分拣系统从硬件组态、逻辑编程、软件组态和系统调试等方面的设计。控制系统的分为上位机监控和下位机控制两大部分,上位机搭建了基于WinCC组态软件平台和全局脚本程序,实现了对生产现场的全程监控；下位机控制系统以西门子S7-300为核心,现场硬件模块通过PROFIBUS-DP网络实现通信,现场设备通过分布式I/O模块进行控制,大大提高了控制程序的通用性和可读性,实现了PLC与现场设备、PLC与PLC,以及上位机的通信。 该系统在2011年2月底完成初步设计,3月在广东石油化工学院运动控制实验室进行调试。调试过程中系统各部分运行状况良好,能够实现自动分拣系统的设计要求。 目前,基于PROFIBUS-DP协议的现场总线技术已广泛应用于工业自动化生产过程中。基于PROFIBUS-DP协议现场总线的自动分拣控制系统的成功设计,对我国物流、食品生产、烟草等行业提高分拣效率、节约人力成本具有积极意义,同时也为同类项目的设计与改造提供参考和指导。