0 引言

　　現場總線技術是當今自動化領域的發展熱點之一，它被譽為自動化領域的局域網，主要應用在生產現場和微機化測控設備上，也稱為開放式、數字化和多點通信的底層控制網絡。它的特點是可靠性高、穩定性好、抗干擾能力強、通信速率快、系統安全符合環境保護要求、造價低廉和維護成本低。先進制造業企業在生產過程中，為了能對工藝或品質等因素進行控制，提高工作效率，管理整個資源，實現設計、加工管理一體化，更重要的是能快速響應意外結果，采用基于現場總線的PLC與組態控制技術進行實時監控不失為一種好方法。本文主要闡述了在分析現場總線技術的基礎上，針對先進制造業設備的生產實際，利用PLC監控網絡與組態軟件進行實時控制。同時介紹了采用ActiveX技術進行組態軟件設計的方法。

1 現場總線技術簡介

　　現場總線技術是一種分布式現場實時數據計算機網絡，它可以將生產過程中的要素通過傳感器進行實時采集、傳輸和顯示，進行實時監測和控制任務。它是把單個分散的測量控制設備變成網絡節點，以現場總線為紐帶，把它們連接成可以互相溝通信息，共同完成工作任務的網絡系統和控制系統。現場總線是新型的自動化系統，位于生產控制和網絡結構的底層，具有開放統一的通信協議，肩負著生產第一線的測量控制的特殊任務。本文以浙江工業職業技術學院數控技術實訓中心所采用Profibus現場總線為例進行分析研究，在長三角地區有較強的代表性。

　　Profibus是Prods Fie1d13us的縮寫，它由西門子等公司開發研制的現場總線技術，是開放式現場總線國際標雕之一。許多生產廠商生產的設備都提供了Profibus接口。Profibus的控制系統包括主站和從站，主站決定總線的數據通信，它能占用總線，可以傳輸報文，如果沒有外界請求也可以發送信息;從站是一些外圍設備，包括輸人、輸出裝置、驅動器和測量發送器等，它們沒有總線控制權，僅對接收到的信息給予確認或當主站發出請求時，向它發送信息。Profibus的傳輸技術分為三種類型，分別是Profibus-DP,Profibus- FMS和Profibus-YA，它們分別適合不同的場合。1) Profibus-DP應用于現場級，適用于自動控制系統與現場設備之間的實時通信，它采用RS-485傳輸技術;2) Profibus-FMS適用于車間級，要求提供較大數據量的通信服務，它也采用RS一485傳輸技術;3 ) ProfibusPA用于過程自動化設計，采用IEC1158 - 2傳輸技術。RS- 485是Profibus最常用的一種傳輸技術，通常稱為H2，采用屏蔽雙絞線或光纜，它操作簡單，總線結構允計增加或減少站點。

2 基于現場總線的PLC監控網絡設計

　　2.1 網絡結構

　　在浙江工業職業技術學院數控系數控技術實訓中心，過去40余臺數控設備都是“各自為政”，各系統無法實現數據共享。采用如圖1所示的基于現場總線的PLC監控網絡結構進行技術改造后，建立了各數控設備之間的網絡連接，為信息共享做好了物理平臺。整個PLC監控網絡采用主從結構的Profibus-DP網絡，包括2個主站和8個從站，主站有DPM1(主控PLC)和DPM2 (PC機)，從站是#I-#8o DPMI主站和DPM2主站之間的通信采用令牌傳遞方式進行。DPMI主站主要完成整體控制過程，通過令牌和DPM2主站交換數據。DPM2主站主要運行組態軟件包，對設備進行硬件配置以及監控程序設計，然后對現場控制對象進行實時監測和控制。DPMl作為8個從站的主站，DPMI主站與從站之間的通信采用主從方式。勺從站(加工中心系統PLC)完成對10臺加工中心任務安排、數據采集、信息檢測等的控制。#2從站(數控洗床系統PLC)完成對8臺數控銑床任務安排、數據采集、信息檢測等的控制。#3-#5從站分別完成對其余30多臺數控車床、線切割、電火花等設備任務安排、數據采集、信息檢測等的控制。#6-#8從站(中斷環PLC)掛在總線上，并可連接多臺PLC對中繼設備進行控制。

圖1基于現場總線的PLC監控網絡結構

　　2.2 通信網絡配置及工作過程

　　通信網絡配置分為軟件配置和硬件配置。軟件配置主要包括對通信速率、從站數量、站地址和輸人輸出數據格式的配置。軟件配置完成后，一旦接人監控信號，在CPU中的對應地址將會自動生成。硬件配置主要是將從站模塊的撥碼開關設置成與軟件設置一致。主從站的工作過程是:首先Profibus-DP主站建立網絡，經初始化啟動Profibus-DP從站，主站將參數信息和I/O配置寫人到從站，然后主站從從站那里讀出診斷信息，并驗證Profibus-DP已接收到的參數及I/O配置，接著主站開始和從站交換I/O數據。一旦Profibus-DP主站將參數和I/O配置寫人到從站，而且從站已從主站那里接受了參數配置，則主站就擁有了那個從站，從站只能接受主站的請求。主站通過將其輸出區的信息發送給從站的輸出緩沖區，與其每個從站交換數據。從站將其輸人緩沖區的數據返回給主站的輸人區，以響應來自主站的信息。

　　2.3監控程序設計

　　在監控計算機(DPM2)上實現對下位機現場控制對的監測和控制，以完成對所有數據的實時采集和處理:從站采集的數據首先傳給DPMI主站，然后再由DPMl傳送給DPM2監控計算機，而DPM2的控制信息通過DPMI傳送給現場控制對象。監控程序設計可采用目前市場上流行的組態軟件，如:清華紫光的組態王Kingview,臺灣研華的組態軟件Genie和通態的組態軟件MCGS等。通過PLC反饋的數據在組態軟件下進行實時監控和模擬流程，包括各組設備的工作進程、狀態和位置偏差的圖形實時顯示，并且以報表曲線輸出。也可采用Activex技術對組態軟件的界面組態工具進行開發后，再進行監控程序設計。

3 組態軟件設計

　　3.1組態軟件概念

　　“組態”的概念隨著集散型控制系統DCS( distributed control system)的出現才開始被廣大的工程技術人員所熟知。隨著工業控制系統應用的深人，在開發規模更大、控制更復雜的控制系統時，工程技術人員逐漸意識到采用一種好的上位機編程開發方式的重要性。組態軟件作為一種好的解決方案，在國內越來越得到重視，并且它的應用越來越普及。

　　組態軟件，它是一種在自動控制系統監控層一級的軟件開發平臺，是使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的軟件工具，用它可以進行數據采集和過程控制的監控程序設計。組態軟件具備以下功能:支持各種工控設備和常見的通信協議，能對工業控制系統中各種資源進行配置和編輯;提供多種數據采集程序，用戶可根據需要配置數據驅動程序;提供分布式數據管理和網絡功能;提供使用戶快速建立自己的人機接口 HMI(human machine interface)的功能;提供了在不改變原有系統的情況下，向系統增加新功能的能力。

　　3.2 界面組態工具設計

　　在組態軟件中設計了基本的界面組態工具，利用Ac-tiveX控件技術能對這些界面組態工具進行擴充，增加新的功能。ActiveX控件，以前被稱作OLE控件，是一種可重用的軟件部件和標準的用戶接口元素，能方便地組裝到應用程序中.快速創建應用程序界面，從而直觀地實現控制組態和策略解釋執行，非常便于工程技術人員掌握。

　　采用Activex控件技術進行組態軟件中界面組態工具的設計包括以下幾步:

　　a)生成容器:采用ActiveX組件容器來完成，生成的容器可以通過菜單將控件調入窗口，也可以修改控件的屬性;

　　b)生成浮動工具欄:將控件加到工具欄，用戶可用鼠標選擇所要的控件;

　　c) ActiveX控件制作:一般控制系統主要包括輸入部分、控制部分、執行部分和監控部分。在進行控件制作時，也應包括輸人、控制、輸出和監控部分。常見的控件有:連接線、模擬量輸人、模擬量輸出、數字量輸人、數字量輸出、PID控制、策略編程、策略編程對話框、開/關控制、串行通信、定時器、條形圖顯示組件和滑動條顯示組件等;

　　d)策略解釋執行:這是軟件的執行部分。在完成前三步工作后，就可以進行組態工作了。用戶可按照自己的要求通過點擊控件工具欄將控件加人到容器中，再用連接線將控件連接起來，組成自己的系統。如果要運行組態必須編寫方法和事件的代碼，然后才能完成組態的解釋執行。

　　在組態軟件界面組態工具設計時，可采用Visual Basic或VisualC ++作為開發工具來完成。

4 結束語

　　在數控技術實訓中心現場采用基于現場總線的PLC監控網絡，實現了CAD/LAPP/ PDM系統的資源共享，貫通了從設計到工藝的整個過程;完成了工藝編制過程中各種信息的統計匯總功能;完成了常用術語導航、設備特征、內部標準和設計手冊等工藝知識資源框架建設，減少了重復勞動，提高了效率，避免了差錯;統一的數據庫可為相關授權人員信息共享，文檔變化能達到實時相應，這對提高數控設備的可靠性和保證教學品質都有重要意義，贏得了廣大師生一致好評。