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【摘 要】本文主要设计了一种以PROFIBUS现场总线为基础的PLC控制系统，PLC控制系统主要是PLC和上机位通讯，经过PLC控制伺服驱动器，最后实现控制伺服电机这一最终目的。
【关键词】PROFIBUS现场总线；PLC控制系统；研究；设计
一、前言
本文主要分析了一种以PROFIBUS现场总线为基础的PLC控制系统，并且这项PLC控制系统正逐渐的取代目前所存在的传统形控制系统。其具备很好的实用性，控制的精度较高，动态响应敏锐等多方面的优势[1]。
二、张力控制系统的构成部分
系统的设置是以客户的实际需要和特殊需求为基础的，采取高速卷扬机进行拽取，从特制投射器中拖拽钢绳。经过相关的方案设计以及大量的论证，PLC、同步伺服系统、空压机系统、工控机、张力检测系统等可以很好的组成一个张力控制系统，就是同步伺服机构驱动闭环张力控制系统。
在同步伺服机构驱动闭环张力控制系统中，综合监控系统为工控机，主要功能与PLC实现通讯、设置拉力大小，并且监控整个系统存在的故障状态以及运行状态。在实时控制活动中，PLC为主要的中心点，可以快速的取得闭环信号张力传感器的检测值，并且比较分析检测值以及监控系统设定的拉力值，最后通过PID算法去有效的控制拉力。伺服电机的转速是闭环系统的主要调节因素，通过驱动器和PROFIBUS-DP总线的通讯，可以改变驱动器电机的运转速度，最后实现缆绳张力得到控制的目的。同步伺服机构驱动闭环张力控制系统提供适当的拉力去让缆绳进行运动，空压机系统则是通过产生空气压力，将压力施加在投射器端来实现放线速度的有效控制。
三、系统硬件的设计
（一）伺服系统
试验系统的牵引机构为‘伺服系统+卷扬机’，主要的动力来源是电机提供的动力，在卷取时，对控制系统有着以下要求，第一是控制系统需要具备较强的过载能力，第二是具备较高的控制精度，第三是动态响应敏锐，第四是控制系统可以随时响应速度的变化率。满足上述的要求就可以实现卷取过程中拉力控制的稳定性。在进行卷取时，整个过程都需要保持一个规定的压力。将价格和性能进行充分的结合。在牵引机构中使用了交流伺服电机加减速器的结构。因为试验系统需要真实的模拟实际情况，所以就需要一个较短周期的控制系统，同时要求这个控制系统具备较高的精度，并且动态响应敏锐等。
（二）CPU模块
在CPU模块的选择上，选取S7系列标准CPU315-2 DP。S7系列标准CPU315-2 DP可以有效的处理浮点数以及二进制数。在CPU运行的过程中需要使用微存储卡。同時，要集成MPI网络接口、PROFIBUS-DP主/从站接口。
四、设计正确的拉力控制算法
在钢绳和缆绳节点的地方安装拉力传感器，使电机工作控制在速度控制模式或者转矩控制模式，再由PCL内部进行拉力确定，由拉力传感器采集获取闭环的信号。并且将控制伺服电机的转速或者转矩作为闭环系统的主要调节对象，给定方式是PROFIBUS-DP总线的传输，将PLC调解压力作为适当的PID算法。
在控制的过程中，伺服电机工作设定为转矩控制模式，在短时间内缆绳实际拉力与之前的设定值存在一定差异，主要是因为特殊的缆绳绕制机构，在投射器出口的缆绳速度变化大，整个系统在启动时、减速时、停止时的拉力也存在较大的变化。当采用PID控制器时，会导致PID控制器积累偏差积分，最后导致通过计算得到的速度大小大于电机的最大速度，造成系统的振荡以及系统的较大超调。这次试验控制系统主要的利用积分分离PID控制算法，也就是指，在设定值跟实际拉力值相差较大时就把积分作用取消掉。这样就可以避免和减少因为积分作用导致系统稳定性减弱以及超调，为系统的跟踪性能得到可靠的保障。而实际拉力值接近设定值的时候就将积分作用加入，有利于提高控制精度。
五、通讯方案
在应用系统小型网络过程中，需要充分的考虑性能价格比，并且满足其要求。要考虑到投资节省等诸多方面。目前，PROFIBUS现场总线是一项通用性非常强的现场总线标准。PROFIBUS现场总线的使用可以有效的减少现场接线数量，并且具备安装工作简单，应用数据传输，可以有效的提高信号传输的精确度以及可靠度。所以，系统使用PROFIBUS现场总线是一项正确的选择。
（一）PROFIBUS通信协议和物理层选择方案
PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA三个部分组成。这个系统主要作用是实现PLC和工控机、PLC和驱动器之间的通讯，所以，选择PROFIBUS-DP通信协议。组网必备的硬件设备主要由以下几个方面，驱动器需要配有PROFIBUS通讯模板，电脑需要配有PROFIBUS-DP、PROFIBUS总线连接器以及通讯电缆、配备PROFIBUS-DP的PLC。
（二）PLC和工控机的通讯
PLC和上位机通信方案，指的是通过PROFIBUS协议，使用PRODAVE软件包，投入相应的资本，研发出相应的上位机监控软件，最后实现PLC和上位机之间的通信。PRODAVE软件包可以用来帮助用户进行系统开发[2]。PRODAVE软件包可以为用户提供足够的通讯函数，通过这些通讯函数有利于实现PLC和工控机的之间的通讯。通过使用系统硬件中已有的PROFIBUS通讯专用电缆以及CP5611通信处理器就可以使PLC和工控机两者之间信息数据的交换顺利实现。
PRODAVE软件包的动态链接库可以为用户的研发提供大量的以windows操作系统的 DLL 函数。使用动态链接库中的函数去实现PLC和工控机之间的通讯。同时，采取PRODAVE编写通讯程序是在PLC端不用编写与工控机相关的通讯程序。并且工控机编程较为简单，编程的相关人员只需要去调用动态链接库中的库函数，不用去熟练的掌握极为复杂的通信协议就可以实现PLC和工控机的通讯[3]。
六、PLC程序的设计
PLC程序的编程需要使用SMATIC Manager的专业软件包，SMATIC Manager的专业软件主要是以PC机来实现的。连接USB接口跟PLC编程口，编程语言主要是STEP7，STEP7支持梯形图LAD，功能图FBD，语句表STL等编程方式。系统应用程序块的形式管理用户的程序编写，促使PLC程序的设计更加的清晰、科学跟明确，使其更具有S7-300PLC程序的编写功能。最后，满足整个压装机的控制逻辑以及控制作用的需要。
七、总结
综上所述，本文主要分析了一种基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统，同时也分析了PLC控制系统中的PLC和上机位通讯，通过PLC控制伺服驱动去实现控制伺服电机目的。
参考文献：
[1]陈静，张阴娜.基于PLC和PROFIBUS现场总线的术的应用研究.变频器群控技科技信息（科学研究），2008，10（22）：128一132.
[2]佟冰，王伟平，马军华，韩俊峰.西门子PLC多种通信方式在真空精炼炉控制中的综合应用[J].重型机械，2003，10（04）：102-103.
[3]杨路明，雷亚军.组态软件WinCC在自动监控系统中的应用[J].计算技术与自动化，2003，4（04）：521-522.
【关键词】PROFIBUS现场总线；PLC控制系统；研究；设计
一、前言
本文主要分析了一种以PROFIBUS现场总线为基础的PLC控制系统，并且这项PLC控制系统正逐渐的取代目前所存在的传统形控制系统。其具备很好的实用性，控制的精度较高，动态响应敏锐等多方面的优势[1]。
二、张力控制系统的构成部分
系统的设置是以客户的实际需要和特殊需求为基础的，采取高速卷扬机进行拽取，从特制投射器中拖拽钢绳。经过相关的方案设计以及大量的论证，PLC、同步伺服系统、空压机系统、工控机、张力检测系统等可以很好的组成一个张力控制系统，就是同步伺服机构驱动闭环张力控制系统。
在同步伺服机构驱动闭环张力控制系统中，综合监控系统为工控机，主要功能与PLC实现通讯、设置拉力大小，并且监控整个系统存在的故障状态以及运行状态。在实时控制活动中，PLC为主要的中心点，可以快速的取得闭环信号张力传感器的检测值，并且比较分析检测值以及监控系统设定的拉力值，最后通过PID算法去有效的控制拉力。伺服电机的转速是闭环系统的主要调节因素，通过驱动器和PROFIBUS-DP总线的通讯，可以改变驱动器电机的运转速度，最后实现缆绳张力得到控制的目的。同步伺服机构驱动闭环张力控制系统提供适当的拉力去让缆绳进行运动，空压机系统则是通过产生空气压力，将压力施加在投射器端来实现放线速度的有效控制。
三、系统硬件的设计
（一）伺服系统
试验系统的牵引机构为‘伺服系统+卷扬机’，主要的动力来源是电机提供的动力，在卷取时，对控制系统有着以下要求，第一是控制系统需要具备较强的过载能力，第二是具备较高的控制精度，第三是动态响应敏锐，第四是控制系统可以随时响应速度的变化率。满足上述的要求就可以实现卷取过程中拉力控制的稳定性。在进行卷取时，整个过程都需要保持一个规定的压力。将价格和性能进行充分的结合。在牵引机构中使用了交流伺服电机加减速器的结构。因为试验系统需要真实的模拟实际情况，所以就需要一个较短周期的控制系统，同时要求这个控制系统具备较高的精度，并且动态响应敏锐等。
（二）CPU模块
在CPU模块的选择上，选取S7系列标准CPU315-2 DP。S7系列标准CPU315-2 DP可以有效的处理浮点数以及二进制数。在CPU运行的过程中需要使用微存储卡。同時，要集成MPI网络接口、PROFIBUS-DP主/从站接口。
四、设计正确的拉力控制算法
在钢绳和缆绳节点的地方安装拉力传感器，使电机工作控制在速度控制模式或者转矩控制模式，再由PCL内部进行拉力确定，由拉力传感器采集获取闭环的信号。并且将控制伺服电机的转速或者转矩作为闭环系统的主要调节对象，给定方式是PROFIBUS-DP总线的传输，将PLC调解压力作为适当的PID算法。
在控制的过程中，伺服电机工作设定为转矩控制模式，在短时间内缆绳实际拉力与之前的设定值存在一定差异，主要是因为特殊的缆绳绕制机构，在投射器出口的缆绳速度变化大，整个系统在启动时、减速时、停止时的拉力也存在较大的变化。当采用PID控制器时，会导致PID控制器积累偏差积分，最后导致通过计算得到的速度大小大于电机的最大速度，造成系统的振荡以及系统的较大超调。这次试验控制系统主要的利用积分分离PID控制算法，也就是指，在设定值跟实际拉力值相差较大时就把积分作用取消掉。这样就可以避免和减少因为积分作用导致系统稳定性减弱以及超调，为系统的跟踪性能得到可靠的保障。而实际拉力值接近设定值的时候就将积分作用加入，有利于提高控制精度。
五、通讯方案
在应用系统小型网络过程中，需要充分的考虑性能价格比，并且满足其要求。要考虑到投资节省等诸多方面。目前，PROFIBUS现场总线是一项通用性非常强的现场总线标准。PROFIBUS现场总线的使用可以有效的减少现场接线数量，并且具备安装工作简单，应用数据传输，可以有效的提高信号传输的精确度以及可靠度。所以，系统使用PROFIBUS现场总线是一项正确的选择。
（一）PROFIBUS通信协议和物理层选择方案
PROFIBUS主要由PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA三个部分组成。这个系统主要作用是实现PLC和工控机、PLC和驱动器之间的通讯，所以，选择PROFIBUS-DP通信协议。组网必备的硬件设备主要由以下几个方面，驱动器需要配有PROFIBUS通讯模板，电脑需要配有PROFIBUS-DP、PROFIBUS总线连接器以及通讯电缆、配备PROFIBUS-DP的PLC。
（二）PLC和工控机的通讯
PLC和上位机通信方案，指的是通过PROFIBUS协议，使用PRODAVE软件包，投入相应的资本，研发出相应的上位机监控软件，最后实现PLC和上位机之间的通信。PRODAVE软件包可以用来帮助用户进行系统开发[2]。PRODAVE软件包可以为用户提供足够的通讯函数，通过这些通讯函数有利于实现PLC和工控机的之间的通讯。通过使用系统硬件中已有的PROFIBUS通讯专用电缆以及CP5611通信处理器就可以使PLC和工控机两者之间信息数据的交换顺利实现。
PRODAVE软件包的动态链接库可以为用户的研发提供大量的以windows操作系统的 DLL 函数。使用动态链接库中的函数去实现PLC和工控机之间的通讯。同时，采取PRODAVE编写通讯程序是在PLC端不用编写与工控机相关的通讯程序。并且工控机编程较为简单，编程的相关人员只需要去调用动态链接库中的库函数，不用去熟练的掌握极为复杂的通信协议就可以实现PLC和工控机的通讯[3]。
六、PLC程序的设计
PLC程序的编程需要使用SMATIC Manager的专业软件包，SMATIC Manager的专业软件主要是以PC机来实现的。连接USB接口跟PLC编程口，编程语言主要是STEP7，STEP7支持梯形图LAD，功能图FBD，语句表STL等编程方式。系统应用程序块的形式管理用户的程序编写，促使PLC程序的设计更加的清晰、科学跟明确，使其更具有S7-300PLC程序的编写功能。最后，满足整个压装机的控制逻辑以及控制作用的需要。
七、总结
综上所述，本文主要分析了一种基于PROFIBUS现场总线的PLC控制系统，同时也分析了PLC控制系统中的PLC和上机位通讯，通过PLC控制伺服驱动去实现控制伺服电机目的。
参考文献：
[1]陈静，张阴娜.基于PLC和PROFIBUS现场总线的术的应用研究.变频器群控技科技信息（科学研究），2008，10（22）：128一132.
[2]佟冰，王伟平，马军华，韩俊峰.西门子PLC多种通信方式在真空精炼炉控制中的综合应用[J].重型机械，2003，10（04）：102-103.
[3]杨路明，雷亚军.组态软件WinCC在自动监控系统中的应用[J].计算技术与自动化，2003，4（04）：521-522.