PROFIBUS-DP现场总线技术在野战光缆生产线主动放线绞笼中的应用

1 引言
　　随着通信事业的发展，光纤光缆已经进入有线通信的各个领域，包括邮电通信、广播通信、电力通信和军事通信等领域。光缆的结构总是随着光网络的发展和使用环境的要求而发展，不同的场合、不同的要求造成了光缆多结构的发展趋势。由于特殊的野外环境，对野战光缆的要求与室外光缆有着很大的不同。它不仅应具有一定的抗拉强度，还应具有直径小、柔软、易弯曲和阻燃的特点。当紧包光纤数量较多或外径较大时，为使光缆具有较好的弯曲性能，必须使紧包光纤以单螺旋方式绞合。
　　为了适应这种特殊的绞合方式，野战光缆的生产需采用专用生产线。如何在紧包光纤绞笼、紧包光纤放线单元退扭的同时以恒定的张力放出光纤，是整条生产线的关键工艺之一。因为紧包光纤的张力大小会影响光纤的传输性能。张力过小，紧包光纤会淌线；张力过大，则有可能将紧包光纤拉坏。故主动放线绞笼恒张力控制的设计是整条生产线设计的重点。为此我们设计将张力传感器传送的电压信号送给变频器，再通过PROFIBUS-DP现场总线传送给PI C，利用PI C内部的PID过程控制模块进行调节，之后将控制信号送给变频器。这样做的好处是：1）PLC内部的PID过程控制模块性能比较优越，能够更好地控制张力。2）即使出现故障（通信故障、PLC系统故障等），也可以利用DANFOSS变频器自带的PID过程控制模块使生产继续进行。
2 PROFIBUS—DP现场总线的选择
　　现场总线的出现和发展给工业控制领域带来一次革命性的突破。现场总线技术已成为世界自动化技术的热点，在我国工业自动化系统中受到极大关注并得到大力推广。PROFIBUS—DP现场总线技术是一种低成本通信技术，用于设备级控制系统与分散式I／O模块的通信，具有极好的抗电磁干扰性。使用PROFIBU～DP现场总线技术，可取代现场的24 V或0～20 mA的并行信号传输技术。由于西门子公司对PROFIBU～DP现场总线技术的大力推广，PROFIBUS产品已被世界市场普遍接受。
　　丹佛斯公司的VLT系列变频器配备有专门的PRClFIBUS-DP通信网卡，以便实现变频器与PLC之间的现场通信。下面以VLT 5000系列变频器为例，详细介绍PROFIBUS—DP现场总线控制系统。
3 系统硬件设计
P　　ROFIBusDP现场总线控制系统的硬件设计如图1所示。整个控制系统由1台上位机、1台PRCIFIBUS-DP主站和8台PROFIBUS—DP从站及其它现场设备组成。我们使用西门子公司的S7系列PLC，它具有高速、多功能、系统化、网络化、结构简单、安装方便、系统组织灵活、可靠性高以及维护方便等特点。PLC的I／O模块出现故障时，只需要调换有故障的模块，不需长时间停产进行设备维修，因此特别适合当前薏争日益激烈的光缆市场 网络化和强化的通信能力也是该PI C的一个重要持点。

3．1 系统主站
　　PROFIBUS-DP系统的主站是SIMATIC S7—300PLC模块，采用西门子公司推出的CPU 315—2DP。它不仅集成了MPI通信I：l，还集成了PROFIBUSDP现场总线通信ISl，具有强大的数据处理能力。通过网络将控制命令和给定速度传给各变顿器，将各变频器的启动停止状态、运行频率、模拟量输入、电流和电压等信息采集回来进行处理。
3．2 系统从站
　　作为PROFIBUS—DP系统的从站．DANFOSSVI T 5000系列变频器实时响应主站发出的各种命令，直接控制现场设备（变频电动机），同时实时检测和反馈电机的运行状态。DANFOSS VI T变频器具有优越的计算处理性能，故采用VI T 5000系列变频器。它通过PROFIBUS-DP通信网卡连接到现场总线网。
4 系统软件设计
4．1 应用STEP 7组态的PROFIBUS-DP现场总线控制系统
　　首先要安装DP V1设备所需要的VLT 5000GSD文件。我们采用S7—300编程工具STEP 7完成硬件组态。在STEP 7的硬件中将CPU 315—2DP作为系统的主站，然后添加VLT 5000作为系统的从站，共添加8个变频器从站，分别将它们的通信地址设置为5～12，每个从站插入PPO的模块类型为6。PPO即参数过程数据对象，其类型如表1所示。

　　其中，PCA为参数特征；IND表示索引；PVA表示参数变量；CTW 为控制字；sTw 为状态字；MRV表示主要参考变量；MAV表示主要实际变量（实际输出频率）；PCD表示参数过程数据。
　　这里选用的PPO的模块类型为6，通信存储区为8个字节，即CTW／STW（1～2）、MRV／MAV（3～4）、PCD3（5～6）、PCD4（7～8）。其中，在PCD3、PCD4中可以定义我们想要的参数变量。插入PPO模块类型6以后系统会自动给各个从站分配输入输出地址。例如，第一个变频器从站分配的输入输出地址为256～263，第二个从站分配的输入输出地址则为264～271，依次向下分配给八个从站。
4．2 变频器中PROFIBUS—DP参数值的设定
　　PROFIBUS-DP通信网卡插入VLT 5000变频器以后，变频器会多出一部分参数选项，这些选项专为PROFIBUS—DP现场总线提供。首先要使变频器中的PPO模块类型与所组态中插入的PPO模块类型保持一致（设定参数P904为PPO模块类型6），然后确定从站变频器的地址，使从站的地址与所组态的地址保持一致（设定参数P918）。其次选定电报行规准许的控制字的FIELDBUS PROFII （现场总线行规）和FC DRIVE（FC变频器行规）。我们这里选用的是FC DRIVE。最后定义PCD过程数据对应的参数值，读写的PCD值在P915（写入过程参数数据）和P916（读取过程参数数据）设定。
　　做完以上工作之后，变频器中的PROFIBUS—DP参数已经基本设定好了。
4．3 软件编程设计
　　在主动放线绞笼中，张力传感器接在VI T 5000变频器上，模拟输入端子为54号。读取张力传感器送来的模拟电压信号，并且运用S7—300 PLC内部的PID过程控制模块进行运算并将控制信号送给变频器。
　　用STEP 7对PCD读写参数时，调用SFC14、SFC15两个系统功能模块。其中SFC14（“DPRD—DAT”）用于读取PROFIBU DP从站的数据。如果在数据传送期间没有出现错误，则已读取的数据将被输入到有RECORD标识的目标区域中，其目标区域的长度必须与用STEP 7选定的模块的长度相同。SFC15（“DPWR—DAT”）用于将数据写入PRCIFIBUS从站，利用SFC15可以将RECORD中的数据一致地传送到已寻址的DP标准从站。数据是同步传送的，既完成了SFC，也完成了作业。其源区域的长度必须与用STEP 7选定的模块组态的长度相同。主要的梯形图如图2和图3所示。

　　如图2所示，将047F Hex送到DB1．DBW32，即写入控制字，047F为电机的启动信号。

　　图3所示为读写PCD参数值的梯形图，即写入控制字，然后从中读取现场设备的状态，包括启动停止状态、模拟信号输入的给定大小和电机电流等。100H为硬件组态时从第一个从站读写数据的地址。读取从站的数据到目标区域中，即存放在DB1．DBW32～DB1．DBW39中。DB1．DBW32为接收到的状态字，DB1．DBW36为接收到的模拟输入电压值。DBW36就是需要进行PID处理计算的值。
　　PIC内部有PID算法控制器，可以调用FB41“CONT．C”模块来实现连续控制。把模拟信号输入值送到过程变量输入端（PV．IN），确定内部设定值（SP．INT），调整积分时间和比例系数进行运算处理。最后把运算得到的控制变量通过PROFIBUS-DP现场总线传送到变频器中，即完成整个系统控制。
5 结束语
　　现场总线控制系统可以对变频器实现群控，降低了故障率，提高了信号传输的可靠性和精度，并且具有安装简单、维护简单和维护量小的优点。因此该系统在世界工业自动化系统中得到广泛的应用。PROFIBUSDP现场总线技术应用于主动放线绞笼中能够满足生产线的各项功能要求，而且由于通信方式的实现，可以减少设备的生产成本。相信在不久的将来，现场总线技术在光纤光缆生产线中将得到

参考文献
[1]邹益仁。马增良．现场总线控制系统的设计和开发．北京：国防工业出版社
[2] DANFOSS VLT 5000系列操作说明书
[3]DANFDSS VLT 5000／5000 FLUX／6000 HVAC／8000AQUA PROFIBUS DP Vl OPERATING INSTRUCT10NS