PROFIBUS-DP从站在BF4250B表格印刷机控制系统中的应用

　　0 引言

　　印刷机由不同的机组构成，通常包括：给纸机组、胶印机组、柔印机组、张力控制机组、折页机组、裁单张机组，收卷机组等，各机组中存在大量的I/O信号，如何保证外围设备与控制主机之间的实时通信，使得印刷机可靠运行，目前采用的控制方式主要有2种：1)采用传统的PLC构成集散型控制系统(DCS);2)采用基于现场总线的分布式I/O系统。采用前一种方式存在系统不开放、硬件投资大、布线复杂、维修不便的缺点，具有明显的局限性。而采用第二种方式基本局限于国外产品，如西门子公司的基于PROFIBUS分布式I/O控制系统，WAGO公司基于CANbus、DeviceNET、PROFIBUS分布式I/O控制系统，但价格较高。因此我们设计了基于PROFIBUS现场总线技术与软PLC的印刷设备分布式控制系统，用自行开发的PROFIBUS-DP I/O从站代替进口产品用于BF4250B表格印刷机中。

　　1 印刷机控制系统的整体方案设计

　　BF4250B表格印刷机的控制系统由内置主站通信适配卡的监控计算机和自行开发的PROFIBUS-DP从站构成，并由PROFIBUS专用电缆连接构成分布式总线网络，其总体结构如图1所示。分布在现场的I/O从站连接印刷机组的外围设备，并通过PROFIBUS总线通信接口与总线网络相连;监控计算机运行软PLC程序并通过PROFIBUS主站适配卡和连接在总线网络上的各个I/O从站之间进行实时通信，从而实现整个印刷机组的分布式控制和集中监管监控功能。控制系统中的监控计算机选用的研华公司的工控机(IPC);软PLC选用德国3S公司的CoDeSys ;总线适配卡选用的是德国西门子公司的CP5613，用来完成现场总线和监控计算机之间的协议转换。各个I/O从站之间通过专用屏蔽电缆互联构成PROFIBUS总线网络，总线两端连接PROFIBUS总线终端器，用来提高系统的稳定性、增强系统的抗干扰能力。

　　图1 印刷机分布式控制系统总体结构

　　2 PROFIBUS I/O从站的设计

　　PROFIBUS是开放的，与制造厂商无关，无知识产权保护的国际标准(德国标准DIN19245、欧洲标准EN50170 、中国标准GB/T20540-2006)，任何组织和个人都可以获得这个标准并设计各自的软、硬件解决方案。目前，开发PROFIBUS-DP从站有两种方法：1)利用微控制器，通过软件编程实现PROFIBUS-DP协议功能;2)利用微控制器，通过专用芯片(ASIC)实现PROFIBUS-DP协议功能，利用己固化协议的芯片来实现协议功能。比较两种设计方案：第一种方案硬件设计相对较简单，成本较低，但要求开发人员透彻了解PROFIBUS-DP的技术细节，程序编写工作量较大，开发周期长，传输速率低于500K bit/s。第二种方案利用硬件实现协议功能，硬件成本有所增加，但可以降低开发难度、缩短开发周期，传输速率12M bit/s，可靠性高，是目前普遍采用的方法。经综合考虑，采用第二种方案实现PROFIBUS I/O从站的设计。