我國(guó)擁有300萬平方公里的海域、近二萬多公里長(zhǎng)的海岸線以及眾多島嶼，是一個(gè)海洋大國(guó)。沿海各省不僅是我國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)地區(qū)，而且在近海蘊(yùn)藏著豐富 的石油和天然氣資源，對(duì)通訊的需求日益增加;另外，原來鋪設(shè)的海底通信電纜，由于電纜通信容量小，抗干擾性差，老化現(xiàn)象嚴(yán)重，在大多數(shù)情況下必須使用海底 光纜才能徹底解決島嶼的通信問題。早在1986年，我單位就生產(chǎn)出國(guó)內(nèi)第一條海底光纜。此后，海纜的結(jié)構(gòu)不斷變化，設(shè)備制造工藝也在不斷的更新。我單位研 制的海底光纜生產(chǎn)線也采用了不少國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，其中PC和西門子S7系列PLC在海底光纜護(hù)套生產(chǎn)線電氣主控系統(tǒng)上的應(yīng)用就是一個(gè)主要方面。
2 海底光纜護(hù)套生產(chǎn)線
海 底光纜護(hù)套生產(chǎn)線主要用途是海底光纜用光纖松套不銹鋼管護(hù)套的大長(zhǎng)度生產(chǎn)，該生產(chǎn)線主要有Φ2500地軌龍門行走式主動(dòng)放線架、主動(dòng)放線張力控制裝置、 SJ30臥式擠出機(jī)(擠熱熔膠)、SJ90擠出機(jī)、2m移動(dòng)冷水冷卻水槽及水箱、8m熱水冷卻水槽及水箱、12m溫水冷卻水槽及水箱、30m冷水冷卻水 槽、吹干裝置、履帶式牽引機(jī)、火花試驗(yàn)機(jī)、測(cè)徑儀、收線張力同步器、Φ3150地軌龍門行走式收排線架和相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)等組成(如圖1所示)。整條生 產(chǎn)線的長(zhǎng)度為83m。








3 生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
海底光纜護(hù)套生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)是一個(gè)較大的控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)主要控制對(duì)象為:地軌龍門的放線，SJ30的加熱和護(hù)套擠出，SJ90的加熱和外護(hù)套擠出，牽引同步，地軌龍門的收排線，水槽溫度的控制，張力的控制，外徑的控制等。系統(tǒng)控制點(diǎn)數(shù)的分類情況與統(tǒng)計(jì)見表1。





由 于控制點(diǎn)數(shù)多，生產(chǎn)線較長(zhǎng)，加之采用占地面積較小、承重能力較高的地軌龍門行走式主動(dòng)收放線架，如果采用單PLC控制系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)復(fù)雜，不適應(yīng)于生產(chǎn)線 的易安裝、易維護(hù)和低故障率的要求，而且可靠性不能保證。我們經(jīng)過綜合分析，決定采用了分布式的PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)。
PROFIBUS 是近年來國(guó)際上最為流行的現(xiàn)場(chǎng)總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場(chǎng)總線(傳輸率可達(dá)12M波特)，它以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)、嚴(yán)格的認(rèn)證規(guī)范、開放的標(biāo) 準(zhǔn)、眾多廠商的支持，已成為最重要的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，在很多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛地應(yīng)用。正是基于PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)上的成熟和開放性，以及在實(shí)際應(yīng)用后 的經(jīng)濟(jì)效果，因此我們?cè)诤５坠饫|護(hù)套生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中選用了MPI+DP的總線控制方式。





如 圖2所示，整個(gè)控制系統(tǒng)由1臺(tái)上位機(jī)、1臺(tái)Profibus-DP主站和2臺(tái)Profibus-DP從站及其他控制設(shè)備組成。我們之所以在生產(chǎn)線中選擇使 用西門子公司的S7系列PLC，是因?yàn)樗哂懈咚?、多功能、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、系統(tǒng)組織靈活、可靠性高、維護(hù)方便等特點(diǎn)。PLC的每一個(gè)I/O出現(xiàn)故障時(shí)，只需要調(diào)換有故障的模塊，而不需長(zhǎng)時(shí)間的停產(chǎn)進(jìn)行設(shè)備維修，特別適合于我們當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的光纜市場(chǎng)。網(wǎng)絡(luò)化和通訊強(qiáng)化通訊能力也 是該P(yáng)LC的一個(gè)重要特點(diǎn)。



3.1 PROFIBUS
Profibus-DP主站采用SIMATIC S7-300的系列模塊，作為控制中心的CPU采用西門子公司新推出的CPU313C-2DP，它具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，不僅集成了MPI通訊口，而且集成了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口，同時(shí)還可插入MMC存儲(chǔ)卡，可以有效的防止以前由于使用電池保存程序而造成的PLC程序易丟失的問題;還集成 了16點(diǎn)的數(shù)字量輸入和16點(diǎn)的數(shù)字量輸出，具有較高的性價(jià)比。主站還配有兩塊SM334和一塊SM321，可進(jìn)行除放線和收線從站控制部件外的生產(chǎn)線其 它部分的直接控制。
Profibus-DP從站處于經(jīng)濟(jì)方面考慮采用SIMATIC S7-200的系列模塊。CPU采用cpu224，EMM277從站模塊經(jīng)過I/O總線連接到CPU224中，Profibus網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過EMM277的 DP通訊口，從而將S7-224CPU連接到Profibus--DP網(wǎng)絡(luò)中。作為DP從站，EMM277可從主站接受和發(fā)送數(shù)據(jù)，從而完成從站 CPU224與主站CPU313C-2DP的數(shù)據(jù)交換。通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)可使操作人員方便的、實(shí)時(shí)的掌握生產(chǎn)線運(yùn)行狀況。
在設(shè)備安 裝過程中，我們用Profibus網(wǎng)絡(luò)總線連接器和Profibus電纜將3個(gè)CPU連接起來，再利用編程工具STEP7對(duì)S7-300進(jìn)行硬件組態(tài)，建 立一個(gè)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)。為將EMM277作為一個(gè)DP從站適用，用戶必須通過EMM277模塊上的旋轉(zhuǎn)開關(guān)設(shè)定與主站組態(tài)中地址相匹配的DP 端口地址。



PLC程序采用S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、PLC程序編制，編譯完成后下載到CPU313C- 2DP中。用戶程序由組織塊(OB)、功能塊(FB、FC)和數(shù)據(jù)塊(DB)構(gòu)成。其中，OB用于控制程序的運(yùn)行，F(xiàn)B、FC是用戶子程序，DB是用戶定 義的用于存儲(chǔ)取數(shù)據(jù)的存取區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機(jī)監(jiān)控軟件與PLC程序的數(shù)據(jù)接口。
當(dāng)組態(tài)DP主站時(shí)，需要定義CPU224變量V存儲(chǔ)器內(nèi)的字節(jié) 位置，從這個(gè)位置開始作為輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。也要定義I/O配置，他是寫入到CPU224的輸出數(shù)據(jù)總量和從CPU224返回的 輸入數(shù)據(jù)總量。在從站與主站正常進(jìn)行數(shù)據(jù)交換模式時(shí)，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EMM277模塊。然后，EMM277響應(yīng)最新的CPU224的輸入數(shù)據(jù)，不斷 更新，以便向主站CPU313C-2DP提供最新的輸入數(shù)據(jù)。然后，EMM277將輸出數(shù)據(jù)傳送給CPU224，從主站來的輸出數(shù)據(jù)放在輸出緩沖區(qū)。在編程S7-200程序時(shí)，在編程時(shí)也要注意從主站來的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過傳送指令，從輸出緩沖區(qū)轉(zhuǎn)移到其它數(shù)據(jù)區(qū)，類似的，傳送到主站的數(shù)據(jù)也必須通過傳送指令從各種數(shù)據(jù)區(qū)傳送到輸入緩沖區(qū)，進(jìn)而發(fā)送到主站中。
這 樣在程序運(yùn)行時(shí)，主站CPU313C-2DP根據(jù)存儲(chǔ)卡存儲(chǔ)的程序和從站PLC一樣，分別通過相應(yīng)的數(shù)字量和模擬量輸入、輸出模塊采集生產(chǎn)線各種運(yùn)行狀 態(tài)，控制硬件設(shè)備，并讀取總線上的所有I/O模塊的狀態(tài)字，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線上的數(shù)據(jù)采集和控制信號(hào)的輸出，并實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的諸如張力控制等控制算法?，F(xiàn)場(chǎng)的PLC把分散的數(shù)據(jù)集中到DP主站，并通過MPI通訊送到上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)PC的直接控制生產(chǎn)線的運(yùn)行。
3.2 上位工業(yè)計(jì)算機(jī)
我 們的工業(yè)計(jì)算機(jī)選用臺(tái)灣研華公司的IPC-610作為上位機(jī)，因?yàn)樗鼈冊(cè)趪?guó)內(nèi)工業(yè)控制市場(chǎng)上占有較大的份額，可靠性也較高。通過MPI通訊卡CP5611 使工控機(jī)與DP主站進(jìn)行MPI通訊，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)PC機(jī)與DP總線的硬件連接。并可通過RS232C與生產(chǎn)線的外徑測(cè)量?jī)x等智能儀表進(jìn)行串口通訊，從而實(shí) 現(xiàn)生產(chǎn)線其它控制數(shù)據(jù)的采集。
我們?cè)谏衔粰C(jī)采用的組態(tài)王是一個(gè)具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件，使我們可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要任意組態(tài)， 快速生成應(yīng)用軟件，并可方便的的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新、歷史曲線和實(shí)時(shí)曲線顯示、報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等功能，大大縮短了監(jiān)控軟件的開發(fā)周期，提高 了軟件運(yùn)行的可靠性、維護(hù)性、延續(xù)性和可擴(kuò)充性。 字串5
對(duì)于本系統(tǒng)的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，我們定義了I/O變量后，組態(tài)軟件通過MPI驅(qū)動(dòng)程序軟件接 口獲取DP主站相應(yīng)的數(shù)據(jù)，我們可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢(shì)分析、數(shù)據(jù)記錄和報(bào)警顯示，這樣就可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)流程畫面上動(dòng)態(tài)地顯示現(xiàn)場(chǎng)各 過程硬件的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以按相應(yīng)的順序?qū)懟噩F(xiàn)場(chǎng)過程硬件，執(zhí)行控制操作，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的人工控制功能。
在監(jiān)控軟件畫面中，點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備按鈕就可對(duì)該設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制;還可顯示生產(chǎn)線各部件的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，如當(dāng)前電機(jī)速度以及一些故障信息等。對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并按技 術(shù)要求進(jìn)行處理并自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備控制，如對(duì)故障信號(hào)的解鎖及其恢復(fù)等，還可利用軟件的DDE功能實(shí)現(xiàn)報(bào)表打印功能以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史趨勢(shì)曲線顯示等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)
在海底光纜護(hù)套生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，我們通過應(yīng)用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線取得了很 好地運(yùn)行效果。Profibus-DP總線不僅滿足了生產(chǎn)線的各項(xiàng)功能要求，并且使用合理。由于通訊方式的實(shí)現(xiàn)，省去大量的電纜、橋架等安裝物資，可減少 設(shè)備生產(chǎn)成本;總線控制方式，維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)量小。在本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試過程中，Profibus-DP的應(yīng)用無疑是正確的，我們的經(jīng)驗(yàn)是在現(xiàn) 場(chǎng)安裝過程中仍要注意對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各類干擾因素的防范以及現(xiàn)場(chǎng)的接地系統(tǒng)對(duì)總線通訊的影響。
總之，海纜的生產(chǎn)是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)工作，需要有專門的 各種生產(chǎn)線來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。通過本次Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線在海底光纜護(hù)套生產(chǎn)線上的應(yīng)用，隨著將數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)混合的系統(tǒng)改造為全數(shù)字信號(hào)系統(tǒng) 的發(fā)展，Profibus-DP會(huì)在光纖光纜生產(chǎn)線中得到越來越廣泛的應(yīng)用。