纸机传动系统中Profibus_DP总线技术的应用

Profibus-DP总线技术及其在BWS伺服传动中的应用1 引言Profibus 是一种国际化、开放式、不依赖于生产商的现场总线标准，广泛应用于工业自动化领域。

Profibus 根据应用特点分为Profibus-DP、Profibus- FMS、Profibus-PA 三个兼容版本。

其中Profibus-DP 是一种高速(数据传输速率9.6kbit/s-12Mbit/s)经济的设备级网络，主要用于现场控制器与分散I/O 之间的通信，可满足交直流调速系统快速响应的时间要求。

由于其高可靠性、高性能、实时性好及其独特的设计，已被几乎所有的生产厂商和用户所接受。

BWS 伺服电机具有结构紧凑、控制容易、运行平稳、相应快等优异特性，已越来越成为现代工业自动化运动控制的重要力量。

特别是在自动化程度比较高、需精确控制速度、位置、力矩等应用场合，如纺织机械、印刷机械、造纸机械，数控机床、工业机器人等重要行业得到了普遍的应用。

虽然PROFIBUS-DP 不像SERCOS、MACRO、Fire Wire 是专门为运动控制而开发的，但在实际控制中由于PROFIBUS-DP 的广泛存在，所以运用PROFIBUS 总线对伺服的控制具有很重要的现实意义。

2 PROFIBUS-DP 总线技术2.1 PROFIBUS-DP 简介PROFIBUS 以ISO7498 为基础，以开放式系统互联网络OSI(open system interconnection)作为参考模型，定义了物理传输特性、总线存取协议和应用功能。

其传输速率为9.6kbps-12Mbps，最大传输距离在12Mbps 时为100m，在1.5Mbps 时为400m，可用中继器延长至10km。

最多可挂接127 个站点。

PROFIBUS-DP 是一种高速和便宜的通讯连接，使用了第1 层、第2 层(即物理层和数据链路层)和用户接口层，第3 层至第7 层未加以描述，这种流体型结。

PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用【摘要】PROFIBUS-DP是一种常用的工业通信协议，在企业自动化控制中有着重要的应用。

本文首先介绍了PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的概述，然后分析了其在工业生产中的优势，包括高速传输、可靠性强等特点。

接着讨论了PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的具体应用场景，涵盖了生产线控制、设备监控等方面。

未来发展趋势方面，文章指出PROFIBUS-DP将继续向更高速、更可靠的方向发展。

文章探讨了在企业自动化控制中使用PROFIBUS-DP所面临的技术挑战，如网络安全、设备兼容性等问题。

通过本文的分析，可以更好地了解PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的重要性和应用前景。

【关键词】关键词：PROFIBUS-DP、企业自动化控制、工业生产、优势、应用场景、发展趋势、技术挑战。

1. 引言1.1 引言本文将从PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用的概述开始，介绍PROFIBUS-DP在工业生产中的优势，并深入探讨PROFIBUS-DP 在企业自动化控制中的具体应用场景。

我们还将分析PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的未来发展趋势，并探讨面临的技术挑战。

通过本文的阐述，读者将更加深入地了解PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的重要性以及其在工业生产中的应用价值。

我们也希望通过对PROFIBUS-DP的探讨，能够为相关领域的研究和实践提供一定的参考和启发。

2. 正文2.1 PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用的概述PROFIBUS-DP是一种应用广泛的现场总线通信协议，广泛地应用于工业自动化领域。

在企业自动化控制中，PROFIBUS-DP起着至关重要的作用。

它可以实现实时数据的传输和设备之间的通信，为企业的生产流程提供了高效的控制手段。

PROFIBUS-DP在企业自动化控制中的应用概述包括以下几个方面：PROFIBUS-DP可以实现不同设备之间的快速通信，提高了生产效率；PROFIBUS-DP可以实现实时监控和远程控制，方便管理人员对生产过程进行监控和调整；PROFIBUS-DP具有高可靠性和稳定性，能够保证生产系统的稳定运行。

基于Profibus DP总线地五层瓦楞纸板生产线传动控制系统2009-5-4 13:41:00四川职业技术学院郑辉供稿摘要：本文介绍了一条基于Profibus DP总线地五层瓦楞纸板生产线传动控制系统.以上位机、PLC和多传动驱动器构成三级控制系统,实现了速度链结构、压力闭环控制、张力控制及相关辅助连锁控制等控制要求,保证了生产线稳定可靠地运行.关键词：Profibus DP。

plc。

速度链。

负荷分配一、引言近年来我国经济一直保持高速增长地态势,沱牌集团酒类产品、食品、饮料产量在内需和出口地迅猛发展下,促使与其相关地包装需求也有很快地发展、瓦楞纸板箱在其包装领域里占相当大地比重,所以沱牌集团2007年地重点技术改造工程中提出对其原来地生产线进行技术改造,提高生产线地产品质量和效率,要实现管理—控制一体化 ,能根据酒类产品、食品、饮料产量来控制包装纸箱地生产.瓦楞纸板生产线就是由卷筒原纸经过压制瓦楞、上胶、粘合定型、分纸压线、横切成规格纸板, 最后经堆码输出等工序组成地流水作业线,简称瓦楞板板生产线.生产线构成见图1[1]图1五层瓦楞纸板生产线Fig.1.The five corrugated cardboard production lines该生产线原来使用集中拖动,各级传动由机械变速箱和离合器来完成,控制精度差,工人操作难度大,产品调整要停机来从新设置变比,效率低下[2].决定使用采用以可编程控制器PLC和变频器为基础地集散控制系统,将PLC作为现场采集控制站,profibus dp 进行数据通信,同时还可以利用Ethernet构成上位管理级,以实现管控一体化[3].二、控制系统构成纸板生产线控制系统地结构图如下图2所示：图2 纸板生产线控制系统地结构图Fig.2. The structure of control system of cardboard production lines 系统为三级控制方式.传动系统第一级为变频器控制级,变频器采用三菱公司FR-A540系列多传动控制器,配有闭环控制编码器反馈板,组成闭环控制系统.变频器上还配有Profibus DP通信模块<FR-A5NP）完成速度同步功能.同时可通过人机介面设定有关速度微调参数,再由主站CPU通过网络模块与变频器系统通讯及设定,与PLC 组成PROFIBUS-DP现场总线控制网络进行实时高速通讯.传动系统第二级为PLC控制系统,PLC采用西门子公司大型S7-400 CPU为414-2DP,执行输入及输出逻辑地处理,将同步数据运算,相关地信息通过PROFIBUS-DP网络传输到各站.PROFIBUS-DP主站设在中控室,该PLC负责通过PROFIBUS-DP采集各种信息,并在模拟屏上实时显示整个车间运行状况,一旦发生异常随即报警,以提醒操作员在第一时间作出相应调整S7-400与变频器、OP270操作屏以及S7-20 0辅助PLC组成PROFIBUS-DP现场总线控制网络,完成整个生产线操作控制[4][5] 传动系统第三级为上位优化控制系统,采用DELL公司工业控制计算机,用于整个纸机传动系统状态监控.上位机采用西门子组态软件WINCC,可以通过工业以太网与QCS上位机、DCS上位机、车间管理级、厂级管理级等联网控制,实现纸机传动控制系统优化控制和自动控制[6].三、控制系统完成地功能在纸板生产线传动控制系统中,根据工艺要求需要实现以下几个主要地控制.1.速度链控制速度链结构采用二叉树数据结构算法,先对各传动点进行数学抽象,确定速度链中各传动点地编号,此编号应与传动单元<本系统为逆变器）中设定地地址一致.即任一传动点由三个数据<“父子兄”或“父子弟”）确定其在速度链中地位置,填入位置寄存器相应地数值,从而构成整个速度链结构.图3 速度链控制系统结构Fig.2.The structure.of control system.of speed chain如图3所示我们把纸板生产线地胶合部分作为速度链中地主节点,即它地给定速度就决定整个纸板生产线地工作车速,调节其给定速度就调节了整个纸板生产线纸机车速.在PLC内,我们检测到车速调节信号则改变车速单元值,1点处地速度就为第一台变频器地运行速度设定值,将其送第一台变频器执行,并送给第二台计算.第一分部地速度值乘以第二分部地变比b1/a则为第二台变频器地给定值.若第二分部速度不满足运行要求,说明第二分部变比不合适,可通过操作第二分部地加速、减速按钮实现,PLC检测到按钮信号后调节b1即调整了变比,使其适应生产要求.相当于在PLC内部有一个高精度地齿轮变速箱,可以任意无级调速.若正常生产中变比合适,某种原因需要用紧纸、松纸时,按下该分部紧纸、松纸按钮,PLC将对应在速度链上附加一正或负地偏移量则实现紧纸、松纸功能.图中2点就包含了调速和紧纸、松纸等操作指令地速度值,将它送给第二台变频器执行,同时送下一级计算.依此类推,构成速度链控制系统.速度链地分支设计采用父子算法,可以构成任意分支地速度链结构.本速度链地设计不仅只是为实现纸板生产线传动控制要求,而且为后续地计算机优化控制提供了可能.在PLC内部有非常精确地传动变比,我们设计为精度为0.001%,通过设定参数可以做到更高.这样有精确地传动变比上位计算机可以精确地记忆纸板生产线传动过程参数,当需要更换品种或车速时,上位计算机可以准确地将纸板生产线运行参数传入到PLC,由PLC执行,将纸板生产线调整到当前工作状态.2.负荷分配控制在纸机传动控制过程中经常遇到由几台电机同时拖动同一负载地情况.例如胶合部两辊胶合,上下传动辊都有自己地传动电机,通过加压同步运行.所以类似这样地传动只有电动机速度同步并不能满足实际系统地工作要求,实际系统还要求各传动点电机负载率相同,否则会造成一个传动点由于过载而过流,另一传动点则由于被拖动而过压,由此可能造成传动单元报警甚至停机,影响生产.因此这两个传动点之间需要进行负荷分配控制.负荷分配原理：在多电机传动过程中要求各传动点电机负载率相同,即δ=Pi/Pie相同<Pi为i电机所承担负载功率,Pie为电机额定功率）.而且在负荷分配调节过程中不能影响其它各分部地速度.所以我们采用速度链主链与子链相结合地设计方法.本系统中共有11组负荷分配传动点.包括网部4组,压榨部3组,烘缸部3组以及施胶部1组.PLC采集负荷分配点地运行转矩,求出每组总地负载转矩,根据总负荷转矩计算负载均衡时地期望转矩值,如下式：其中：T是均衡时地期望转矩值。

纸机传动控制系统的设计与应用李明辉孟宪坤（陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021）摘要：根据纸机的工艺结构及要求，提出了采用光纤主/从宏连接的方法，并根据偏差信号的大小选择先进的PID控制算法来调节实现对负荷分配的控制；利用二叉树数据结构算法实现速度链结构的控制，设计了基于Profibus的纸机传动控制系统。

实际运行结果表明，其控制稳定性好，可靠性高，较好地满足了对纸机控制精度和稳定性的要求。

关键字：纸机；传动控制；现场总线；变频器；PLC中图分类号：TP273文献标识码：BDesign and A pplication of T ransmission C ontrol S ystem for P aperM achineLi minghui Meng xiankun（College of Mechanical&Electrical Engineering,Shannxi University of Scince&Techology，Xi’an 710021,China）Abstract：According to the technology structure and requirements of paper machine,Proposed approach using optical fiber master/slave macro connection，and according to the size of the error signal to choice the advanced PID control algorithm to adjust to achieve the load distribution control;used binary tree data structure algorithm to achieve speed control of chain structure,designed the drive control system of paper machine based on Profibus.The operation shows that the system is stable and reliable,it can meet the precision and stability requirement of Paper Machine。

PROFIBUS在纸机传动中的应用张承慧汪明程金（山东大学控制科学与工程学院，山东济南，250061 )摘要：提出了一种基于PROFIBUS现场总线技术的控制系统，并详细介绍了PROFIBUS 现场总线技术在纸机传动系统中的应用，包括系统配置、系统功能、控制站结构、中文操作显示站的组态等。

现场总线由于具有数据传输速率高、可靠性强、接线简单、易于维护等特点，有效地解决了传统的DCS控制系统存在的问题。

应用结果表明，本控制系统具有投资成本相对较低、工程期短、控制精度高、运行稳定可靠等特点，能够满足高速纸机的同步控制要求。

关键词：现场总线；PROFIBUS ；造纸；传动；变频器技术：PROFIBUS 现场总线随着造纸企业生产规模的扩大和工业自动控制水平的提高，越来越多的自动化设备如传感器、调节器、发送器、驱动器及可编程控制器等被应用到造纸工业控制现场。

相应地，串行现场总线也用来在这些设备间进行通信。

因此，通信和数据流高速传输的实现就成为完成电气传动和控制的一个必不可少的部分。

目前，现场总线存在着各种各样的网络标准，这些网络大多是严格保密且互不兼容，其中PROFIBUS 标准是一种开放的、不依赖生产厂家的通信系统标准，所以PROFIBUS 在各种工业控制现场得到了越来越广泛地应用。

尤其是在造纸行业，PROFIBUS 得到了大力推广。

本文针对PROFIBUS 在长网多缸纸机传动控制系统中的应用进行了详细的介绍。

PROFIBUS 现场总线技术是由德国Siemens等13 家公司和5 家研究所联合制定的标准化规范，并于1999 年成为国际标准IEC61158 的组成部分。

PROFIBUS 包括3 个同一类、可互相兼容的变种，即PROFIBUS-FMS 、DP 、PA 以适应不同领域的要求。

PROFIBUS-FMS（现场总线技术信息规范）的设计旨在解决车间监控级通信任务，提供大量的通信服务；PROFIBUS-DP （分散型外围设备）用于现场层高速数据传送；PROFIBUS-PA （过程自动化）适用于过程自动化。

PROFIBUS-DP在2350／650纸机传动控制系统中的应
用
为了在造纸机高速运行状态（600 m／min 以上）下对纸机各传动点进行同步控制和负荷控制，通常需要采用PROFIBUS-DP 现场总线的多电机同步传动控制系统，解决多电机控制的同步性以及信号通讯的实时性、快速性和高
精度性。

PR0FIBUS 主要用以实现分散式数字化控制器从现场底层到车间
级的网络化，它具有通信速率高、可靠性强、维护方便及总线协议开放等突出
优点[1]。

开发PROFIBUS 通讯转换接口，使现场底层的分散式数字化控制器
能接到PROFIBUS-DP 总线网络中就显得尤勾重要。

本文对自行研究设计的PROFIBUS-DP 转换接口在2350／650 纸机传动控制系统中的应用作一介绍。

1 纸机控制系统以2350／650 造纸机传动控制系统为例，该系统采用PC 机作为上位机，西门子400PLC 作为中心控制器，并由ABB 公司的ACS400 变频器通过PROFIBUS．DIP 通讯转换接口与PLC 构成PROFIBUS．DP 控制系统同时驱动负载，如图1 所示。

2 PROFIBUS-DP 总线通讯转换接口从图2 中可以看出，PLC 通过PROFIBUS-DP 总线与变频器进行通讯的过程中，PR0FIBUS-DP 通讯转换接口是信号通讯的关键部分。

在本设计的通讯接口中使用的是PR0FIBuS 通信专用ASIC 结合单片机。

其中PROFIBUS 通信专用ASIC 选用的是西门子公司的SPC3，系统的控制核心选用Intel 公司的MCS．51 系列单片机中的80C31。

PROFIBUS-DP 接口主要由处理器接口和串行总线接口组成。

在处理器。

基于Profibus-DP现场总线技术的造纸机传动控制系统随着工业自动化的不断发展，工厂业主对生产效率和产品质量要求的不断提高，分别对每台电机进行单独控制在某些场合已经不能满足生产工艺的要求，而需要同时对多台电机进行控制，让其更好地协调运行，因此多电机同步传动控制应运而生。

最早的同步控制方法有模拟放大器同步控制和电动式连锁同步控制等方式，前者有抗干扰差和漂移等缺陷，而后者有调整不方便和体积庞大等不足。

从90 年代中期国外现场总线技术开始进入工业化实用阶段，采用现场总线通讯方式的多电机同步控制系统开始广泛应用。

在纸机传动系统中，随着车速的提高和生产工艺的要求，也逐步地引进多电机同步控制方法，现代纸机的多分部传动系统采用现场总线通讯同步控制的已经占到了90%以上。

现场总线种类很多, 但由于大多交直流传动装置可以采用Profibus（Process Field Bus）现场总线通讯，所以PROFIBUS 现场总线在传动控制领域占有较大的市场份额，并且在逐年地增加。

另外PROFIBUS 总线标准包括3 个方面的内容：FMS、DP、PA，可以适用于不同的应用领域。

PROFIBUS 现场总线技术就是实现现场级设备数字化的工业现场层网络通信技术，它具有较强的现场信息集成能力，可靠性好，维护性好，且总线协议是开放的。

这样，如果给现场设备接入具有现场总线网络功能的接口，不仅可以利用现场总线网络来管理分布的设备，还可以克服目前普通控制方式的缺点。

1 造纸机控制系统介绍本系统为造纸车间传动控制系统，系统采用PC 机作为上位机，PLC 作为中心控制器，并由ABB 公司的ACS600 变频器通过PROFIBUS-DP 通讯转换接口与PLC 构成PROFIBUS-DP 控制系统来同时驱动负载，如PROFIBUS-DP 网络接口在物理上与RS-485 网络接口相近，PROFIBUS-DP 总线驱动一侧和主站。

profibusdp总线原理Profibus-DP（Decentralized Periphery）是一种数字通信总线技术，用于在自动化系统中传输数据。

DP总线原理包括物理层、数据链路层和应用层。

物理层是DP总线的基础，主要负责传输数据的电气特性。

DP总线使用差分信号传输数据，即将数据编码成两个不同电平的信号，并通过两根导线传输，一根导线发射正信号，另一根导线发射负信号。

这种差分信号传输方式可以提高抗干扰能力，减少传输错误。

在数据链路层，DP总线使用一个叫做Master-Slave的协议。

Master是总线的主设备，而Slave是连接到总线上的从设备。

Master负责管理整个总线通信过程，包括发送数据请求和控制总线流程，而Slave则负责响应Master的请求，并发送数据给Master。

这个协议确保了DP总线上的设备能够按照预定的规则进行数据交换，实现可靠的数据传输。

在应用层，DP总线定义了一系列的通信服务和对象，用于处理不同设备之间的通信。

这些服务和对象包括读写操作、报警和事件传输、参数设置等，用于实现设备之间的数据交互和控制。

应用层还定义了不同设备之间的通信协议，如传感器-执行器协议，用于处理传感器和执行器之间的通信，以及步进控制协议，用于处理步进控制器和执行器之间的通信等。

除了以上的基本原理，DP总线还具有以下的特点：1.灵活性：DP总线可以连接多个设备，包括传感器、执行器、PLC等，通过总线进行数据传输和控制。

这种灵活性使得系统具有更好的扩展性和可配置性。

2.高效性：DP总线使用异步传输方式，可以同时进行多个通信过程，提高了通信效率。

此外，DP总线采用数据打包和压缩技术，减少了数据传输的开销，提高了总线的带宽利用率。

3.实时性：DP总线具有高实时性，可以在毫秒级别响应数据请求。

这对于实时控制和监测应用非常重要。

4.可靠性：DP总线采用先进的纠错技术和误码检测机制，可以确保数据的可靠传输。

PROFIBUS-DP 技术在自动化生产线控制系统中的应用引言自动化生产线控制系统是近年来随着产业的发展而逐渐普及的系统之一。

其核心技术是数据通信。

PROFIBUS-DP（Process Field Bus - Decentralized Peripherie）作为一种现代化的数据通信技术，优秀的性能和稳定的传输速度赢得了广泛的应用。

本文将介绍PROFIBUS-DP 技术在自动化生产线控制系统中的应用，包括其特点和优势以及运用实例。

一、PROFIBUS-DP 技术基础PROFIBUS-DP 技术作为现代化的数据通信技术，主要有以下特点：高速通信、实时性、可靠性、插拔式设备、简单易用和通用性等特点。

PROFIBUS-DP 技术的优点：1、高速通讯PROFIBUS-DP 技术的数据传输速度很快，通常可以达到12Mbit/s，最高可达到下行500 kbps 与上行12Mbps 的异步传输方式。

这在控制系统对于高速数据传输的需求中体现得非常明显。

2、实时性PROFIBUS-DP 技术的响应时间很短，可满足非常严格的实时控制应用，如机床控制、搬运机器人等。

其响应时间一般在1ms 左右。

3、可靠性PROFIBUS-DP 技术采用冗余通信机制，更有效的保障了数据传输的可靠性，例如双通道，可以保证即使一个通道出现故障，也能够继续正常运行，而不影响整个系统的运行。

4、插拔式设备PROFIBUS-DP 技术采用插拔式设备，不但能够极大地方便维护和管理，也可以使得系统模块化，方便将设备按照需要逐一添加或者减少，因此非常适用于具有大规模、复杂性、动态性较强的智能化自动化系统。

5、简单易用PROFIBUS-DP 技术的协议较为简单，开发与调试较为方便，实用也较为广泛。

同时，它也能够方便集成于其他协议和网络之中。

二、PROFIBUS-DP 技术在自动化生产线控制系统中的应用自动化生产线控制系统是一个复杂的系统，具有许多机器人、工件、传送带等各种设备。

HollySys 控制网CNET ProfiBus-DP 设备及应用1 前言现场总线（Fieldbus）是应用在现场、在智能化测量控制设备之间实现双向串行多接点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。

ProfiBus 是比较有影响的现场总线技术之一，它符合欧洲标准EN50170。

ProfiBus 根据应用特点分为ProfiBus-DP、ProfiBus-FMS、ProfiBus-PA 三种协议。

ProfiBus-DP 是经过优化的高速通信连接，专为自动控制系统和设备级分散I/O 之间通信设计。

使用P rofiBus-DP 模块可以取代价格昂贵的24V 和0～20mA 并行信号线，用于分布式控制系统的高速数据传输。

2 ProfiBus-DP 简介2. 1 ProfiBus 的基本特性ProfiBus 可使分散式数字化控制器从现场底层到车间级网络化，该系统分为主站和从站。

主站决定总线的数据通讯，当主站得到总线控制权，没有外界请求也可以主动发送信息。

从站没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。

ProfiBus 提供了三种类型的传输技术：DP 和FMS 的RS485 传输；PA 的IEC1158-2 传输；光纤。

RS485 是ProfiBus 最常用的一种，采用屏蔽双绞线，共用一根导线对。

RS485 为总线结构，最大总线负载32 个单位负载（UL），传输速度可选用9.6Kbps～12Mbps ，一旦设备投运，每条链路上的全部设备需设定为同一传输速率。

传输速度取决于电缆长度。

2. 2 ProfiBus-DP 的基本功能中央控制器周期地读取从设备的输入信息并周期地向从设备发送信息。

ProfiBus-DP 的基本功能如下：传输技术·RS-485 双绞线电缆或光缆·波特率9.6Kbps～12Mbps总线存取HollySys 1Profibus-DP总线设备及应用·各主站间令牌传送，主站与从站间数据传送·支持单主和多主系统·主-从设备，总线上最多站点数126通信·点对点（用户数据发送）或广播（控制指令）·循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送3 ProfiBus-DP 总线在MACS TM 系统中的应用MACS TM 是和利时公司集多年的开发、工程经验设计的大型综合控制系统。