阀岛技术在自动化生产线上的应用

1、PROFIBUS - DP 总线制造业自动化阀岛技术在自动化生产线上的应用张玉龙(上海电气自动化设计研究所工程二部，上海 200023)摘 要：介绍了如何应用阀岛技术、现场总线技术实现生产线的自动化控制。关键词：阀岛；现场总线；A S - I ；P R O F I B U S中图分类号：TH166文献标识码：B文章编号：1009-0134(2002)11-0046-030引言在机电一体化技术飞速发展的今天，气动技术已越来越广泛地应用在自动化领域中，如汽车制造、烟草机械、橡胶、纺织、化工医药、食品、包装、印刷等领域。在工业设备中，由气动执行机构（气缸、爪手等）实现送料、夹紧、加工等，各个执行机构

2、的动作由电磁阀来控制。为方便安装、减少开发周期、节省布线时间、易于诊断和维修，目前已广泛地应用了阀岛技术。“阀岛”一词译自德语“Ventilinsel”,英文译为“Valve Terminal”。阀岛技术是由著名的德国气动厂家 FESTO 公司最先发明并引入应用的。阀岛是指按照系统的实际需求，将各种功能的电磁阀或真空发生器和各种电气接口形式结合在一起的气电组合单元,并且已将电磁线圈或外部传感器、命令按扭的输入或其它输出控制连线引至电接口部分, 电磁阀统一进气、排气, 用户只需将各个电磁阀的气输出口与相应的执行机构相连, 将电接口插头与相应的控制器(PLC 或工控机)的阀岛接口相连。目前阀岛的电

3、接阀岛口形式有带独立插头、带多针插头、带现场总线、带内置 PLC 等形式,可根据系统需阀岛阀岛要选择。ET200B本文以阀岛在某催化剂生产线上的应用为例，阐述现场总线与 P L C 之间是如何实现通讯的。1系统组成1.1系统配置某厂的催化剂生产线采用模块化设计思路，包括涂铝、还原、浸渍等工艺，从原料一直到成品共由 4 条加工线来实现。为节省布线与安装时间，方便诊断与维护，系统采用现场总线控制技术。考虑系统的开放性和可靠性，我们选用了 PROFIBUS-DP 通讯协议。在系统中,物料的搬运所用执行机构比较集中，我们选用了紧凑形模块化阀岛；线体上控制止挡器的单电控阀安装比较分散,我们选用带 AS-

4、I接口的单个阀, 并将止挡器的限位信号也接到 AS - I 接口上。系统的具体配置见图 1 。W I N C CS 7 3 1 5 - 2 D PC P U 2 2 6阀岛AS-I 总线阀阀岛ET200BET200B图1系统配置简图收稿日期：2002-08-06作者简介：张玉龙（1 9 7 1 ），男，上海电气自动化设计研究所工程二部部长。3464第 24卷 第 11期2002-11制造业自动化系统主要选用元件如下： 上位监控软件 SIEMENSWINCC 可编程控制器 SIEMENSS7-CPU315-2DP 1 套 I/O 从站SIEMENSET200B 3 个 智能从站SIEMENSS7

5、-CPU226 ，CP243-21 套 紧凑形阀岛FESTO10P - 10 - 8A - D1 -R-U-4M4J+UGE 3 个 紧凑形阀岛FESTO10P - 10 - 8A - D1 -R-U-4M2J2A+UGE 3 个 AS-I 接口FESTOA S I - M F - 2 E 1 A - Z27 个 3/2 阀FESTOMFH-3-1/8 27 个1.2 带现场总线的阀岛为了适应不同的应用对象，自控工业中存在多种形式的现场总线。在机理上，通过现场总线进行数据通信无非是将数据以二进制方式在通信对象之间进行串行传送。而这些二进制数据的含义则必须事先在通信对象之间进行约定。但目前在可编

6、程控制器行业中尚未有统一的数据格式约定(协议)。因此对不同协议的可编程控制器必须由相应的带现场总线接口的阀岛与之直接相连接,或者通过总线转换器进行间接连接。现 FESTO 公司提供的带现场总线的阀岛协议包括所有开放式协议以及主要可编程控制器厂家的自定义(封闭式)协议,详见图2。AS-I(EN50295) 用于传感器和执行器的联网通图2现场总线协议一览讯。AS-I 总线集驱动电源、信号传输于一根两芯黄色扁平电缆上，连接采用针刺方式，安装布线非常方便。AS - I 主站最多可控制 3 1 个从站，每个从站可连接 4DI/DO、2DI/2DO 或 4DI 和 4DO 。 AS - I 网络的总距离可

7、达 1 0 0 m 。以前,各种器件必须单独地通过大量控制电缆连接到控制柜,有些控制柜中排满了端子板和数不尽的端子块。现在应用 AS-I 接口后面目一新,彻底消除了拥挤紊乱的接线,现场只需要一根总线电缆，并且具有很高的保护等级(防溅/IP65)。在上述系统中，由于采用AS-I 接口连接，把控制阀尽可能的安装在气缸附近，使流量的损失减少，气缸的动作迅速。阀岛不仅适合于分散场合的控制，它还可以通过现场总线将每个分散的阀岛连成网络。FESTO 公司的紧凑型阀岛对于分散与集中控制起了十分重要的作用。由于它体积小、重量轻、输出流量却很大，使得它安装在一些移动支架和导轨部件上具有突出的优势，与驱动机构(气

8、缸、爪手、真空吸盘)距离最近,大大减少了管道气流损失,切换十分敏捷。2带 PROFIBUS 接口的阀岛与 S7-300的通讯在本系统中，我们选用了 S 7 3 1 5 - 2 D P 作为 P R O F I B U S - D P 的主站。2.1硬件配置卸下阀岛顶盖螺钉，盖板上有两组 DIP 开关用以设置协议、地址等。DIL1 功能： PROFIBUS - DP 协议设置 设置阀岛的扩展情况。一个紧凑形带 PROFIBUS-DP 接口的阀岛最多可扩展一个带 C A N 总线接口的 C P 阀岛或一个 1 6 点输出模块以及一个 16 点输入模块。依据实际情况，设置 DIP 开关的相应位置。D

9、IL2 功能： 设定从站地址第 24卷 第 11期 2002-113474制造业自动化DIL 1DIL 2图 3 设置从站是否具有诊断功能2.2 软件组态阀岛在供货时附属一个 GSD 文件。PROFIBUS设备具有不同的性能特点，这些特点可按提供的功能(如，I/O信号的数量和诊断信息等)来区分或按总线参数(如，波特率和监视时间等）来区分。对每种设备类型和每家制造商而言，这些参数均各有差异，它们通常以文件的形式编在技术手册中。为了实现 PROFIBUS 简单的即插即用配置,设备的这些通信特性均在电子设备数据单（GSD 文件）中作了定义。应用 FESTO 阀岛和 SIEMENS PLC 进行通讯的

10、步骤如下所述： 添加 GSD 到 HW Catalog , 有两种方法可以实现。 拷贝 *.GSE 到 STEP7S7DATAGSD 子目录下;拷贝位图文件到STEP7S7DATANSBMP子目录下;在 STEP 7 软件界面下刷新硬件。 在 S T E P 7 软件界面下通过命令菜单“ Importing the GSD”添加 GSD 文件；“Importing the bitmaps”添加位图文件。 PROFIBUS - 主站配置添加 DP 主站,并设置主站参数,如,波特率、主站地址,可保留基本设置：-1.5 MB- 地址:#2 阀岛(从站)配置 从“hardware catalog”中选

11、择与实际相符的阀岛类型。 调整阀岛的 PROFIBUS 地址，使之与硬件设置一致。 根据扩展情况配置阀岛，最多可有 32 点输出，16 点输入。 根据需要修改阀岛的 I/O 地址。3带 AS-I 接口的阀岛与 S7-200 的通讯AS-I 主站模块选用 CP 243-2 。在 S7-200 的映象区中,CP 243-2 占用 1 个数字量输入字节(状态字节)、1个数字量输出字节(控制字节)、及 8 个模拟量输入和 8 个模拟量输出字。通过用户程序，用状态和控制字节设置 C P 243-2 工作模式。根据工作模式的不同，CP243-2在 S7-200 模拟地址区既可以存储 AS-i 从站的 I/O 数据或存储诊断值，也可以使能主站调用 (例如改变一个从站地址)。通过按钮，可以设定所连接的所有 AS - i 从站。使用 AS - I 网络，不需要组态软件。使用 AS - I 编址器设定每个 AS-I 从站的地址后，AS-I 主站会自动对网络上连接的从站进行辨识。4结束语以阀岛、现场总线形式实现的气电一体化适应了目前自控技术的发展趋势，为自控系统网络化、模块化提供了有效的技术手段