滑触线ProfiBus通讯

通过滑触线进行ProfiBus通讯的系统设计

1 引言

自行小车是在物流转运输送线常见设备，它是通过车体上安装集电器和预装在轨道内的滑触线在移动接触中进行取电，提供给移动的小车，这种取电方式已经是很成熟的技术，在很多场合都有多种形式的应用。但通过滑触线和集电器滑动接触进行ProfiBus通讯的方式

却是一个比较特殊和困难的课题，因为通讯线路的滑触线和供电线路的滑触线在轨道内是平行敷设的，并且距离很近，之间仅有绝缘，线体裸露且没有屏蔽层的防护，滑触线和集电器滑动接触之间存在很大阻抗(相对常规通讯方式)，而且滑动过程中接触的效果不稳定等因素，使得其通讯的成功率和可靠性很难保证，因此在国内还是零记录应用，特别是在滑动距离比较远，范围比较广的自行小车产品中更是一个全新的尝试。

2 项目简介

传统自行小车产品是通过车体上安装的集电器(又称电刷)和预装在轨道上的滑触线滑

动接触进行取电。地面控制柜内设有主控PLC，小车上一般也装有PLC和变频器，主控PLC 通过滑触线控制小车执行相应的工艺动作。但是由于轨道和滑触线的尺寸、安装的要求及经济指标等各方面因素的局限性，使得轨道上的滑触线在数量都采用八根。这样，小车响应主控PLC的指令就无法进行全程反馈和监控，更不能传递模拟量的参数，使系统很难形成闭

环控制，控制的稳定性和可靠性较差，故障率也比较高。

随着物流输送线自动化程度的不断提高，传统的PLC继电控制已经无法满足现代生产

的要求，因而考虑采用通讯的方式提高设备自动化程度。笔者在东风柳州汽车有限公司乘用车涂装车间PVC自行葫芦输送系统的工程项目中利用SIEMENS公司的ProfiBus总线将自行小车和地面的PLC等控制设备组成ProfiBus-DP网，统一进行控制管理。该项目已于2004

年12月安装调试完毕并运行正常。

3 自行小车采用通讯方式控制的特点

(1) 控制系统简单，操作和维护都很方便。

(2) 整个系统由ProfiBus-DP总线组成，可以远程编程和操作，通讯的信息量大，可以使系统达到闭环控制的效果，并且具有诊断功能。

(3) 通过SIEMENS的S7-315-2DP主站与小车上的ET200S/CPU的从站通讯，还与MITSUBISHI的Q02CPU的PLC进行通讯，把信息通过ProfiBus-DP与车间三菱MELSECNET/H网进行交换。

(4) 小车行走通过变频器控制，并且小车的行走电机带有制动装置，使得行走的启停及运行速度平滑且定位精度高。

(5) 系统操作简便，可以通过人机界面完成部分参数的设定，停机故障也可由人机界面来查找，画面设计友好，方便准确，使得处理故障时间短，可提高工作效率。

(6) 整个系统设计配置与世界先进的控制理念同步，可以在以后的设备改造中只需更换少量部件即可完成设备更新，降低设备总体成本。

4 自行小车控制的配置

4.1 该工程自行小车的布置介绍

在厂房的钢结构下吊挂一个一百多米环形的铝合金轨道，并在轨道内侧布置了滑触线(见图1)，轨道上共有八台小车，小车通过行走电机在轨道上进行循环运行，小车上配有升降用的葫芦，下挂着吊具，用于将物料(白车身)进行转运，在转运过程中要在一些工位上对工件进行工艺处理，需要升降的工位有6个，其中两个是上下工件用的，在升降工位需要定点对位进行升降，而且定点精度的要求很高，必需达到平滑减速并且平稳停车才能把工件起吊或存放准确。因此小车的行走要求进行变频调速，而且电机还带有制动装置。在其他没有升降要求的位置上布置了一些积放位，通过主控PLC的协调管理保证小车在运行时不会和前面小车发生碰撞。

图 1 滑触线和集电器

4.2 系统配置图

自行小车控制系统由西门子PLC-S7-300、远程站ET200S/CPU、变频器MM440、PRB 通讯单元等组成，通过人机界面eView进行单机系统监控，由于车间层网络是三菱的MELSECNET/H网，所以整个系统通过CP342-5和三菱Q系列PLC构成另一级的ProfiBus 网络，把上位网络要求监视和控制的信息通过ProfiBus进行通讯。整个控制系统原理示意图如图2所示。图3为系统配置图。

4.3 系统控制说明

图2 系统原理示意图

图3 系统配置图

在地面设置有一台主控柜，内装有SIEMENS的可编程控制器S7-315-2DP，作为ProfiBus 的一级主站，在小车上装有的ET200S/CPU，作为一级ProfiBus网络的从站，同时ET200S 上还配有DP-MASTER模块，使ET200S同时还是小车上变频器的二级主站。在一级主站通讯到滑触线上之间采用了一个最关键的装置-导轨放大器(Power Rail Booster)，它的作用就是为了使PROFIBUS-DP的信号数据通过滑触线这个导体进行安全传输，把信号进行调制，使其成为抗干扰的信号，并与滑动导体耦合(见图3)。每台小车的随车电控箱里也装有一个

导轨放大器，集电器和滑触线在滑动接触中接收到信号后由导轨放大器转换成小车PLC可以接收的通讯信号，从而达到主控PLC和小车PLC通讯的目的。

在轨道上共有八台小车，小车上装有位置识别装置，在小车通过工位时，识别装置检测到工位上的工位标志，然后确认本小车所处位置并通过ProfiBus-DP送回主站，同时，小车检测自己所处的工位以及接收到主站PLC的操作信息后，按照程序在该工位执行预定动作。八台小车在轨道上各自独立循环运行，互相不干扰，但又通过主站进行协调统一，主站接收到小车所处位置信息后进行处理，然后对所有小车进行协调管理，而且主站PLC通过滑触线和小车ET200S/CPU通讯，对小车的各种状态进行实时监控，并可以在和主控通讯触摸屏上对变频器的一些参数进行监控和设置，比如可以读出变频器的状态字、实际输出电压、实际输出电流、实际输出频率和变频器的实际温度等参数，可以全程设置变频器所控制的电机的运行速度及启动和停止(见图4)。而且还通过利用SIEMENS的诊断功能，对设备的硬件和软件故障进行实时诊断，及时了解故障信息，并对故障作出及时处理，节省了设备停机时间，降低了设备的故障率。

图 4 控制系统示意图

5 控制系统的实现

5.1 控制系统的硬件

(1) 可编程控制器的选型