我國擁有300萬平方公里的海域、近二萬多公里長的海岸線以及眾多島嶼，是一個海洋大國。沿海各省不僅是我國經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)，而且在近海蘊藏著豐富 的石油和天然氣資源，對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)線也采用了不少國內(nèi)外先進技術(shù)，其中PC和西門子S7系列PLC在海底光纜護套生產(chǎn)線電氣主控系統(tǒng)上的應用就是一個主要方面。
2 海底光纜護套生產(chǎn)線
海 底光纜護套生產(chǎn)線主要用途是海底光纜用光纖松套不銹鋼管護套的大長度生產(chǎn)，該生產(chǎn)線主要有Φ2500地軌龍門行走式主動放線架、主動放線張力控制裝置、 SJ30臥式擠出機(擠熱熔膠)、SJ90擠出機、2m移動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、火花試驗機、測徑儀、收線張力同步器、Φ3150地軌龍門行走式收排線架和相應的電氣控制系統(tǒng)等組成(如圖1所示)。整條生 產(chǎn)線的長度為83m。








3 生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
海底光纜護套生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)是一個較大的控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)主要控制對象為:地軌龍門的放線，SJ30的加熱和護套擠出，SJ90的加熱和外護套擠出，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)控制點數(shù)的分類情況與統(tǒng)計見表1。





由 于控制點數(shù)多，生產(chǎn)線較長，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收放線架，如果采用單PLC控制系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)復雜，不適應于生產(chǎn)線 的易安裝、易維護和低故障率的要求，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)場總線網(wǎng)。
PROFIBUS 是近年來國際上最為流行的現(xiàn)場總線，也是目前數(shù)據(jù)傳輸率最快的一種現(xiàn)場總線(傳輸率可達12M波特)，它以其獨特的技術(shù)特點、嚴格的認證規(guī)范、開放的標 準、眾多廠商的支持，已成為最重要的現(xiàn)場總線標準，在很多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛地應用。正是基于PROFIBUS現(xiàn)場總線技術(shù)上的成熟和開放性，以及在實際應用后 的經(jīng)濟效果，因此我們在海底光纜護套生產(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，整個控制系統(tǒng)由1臺上位機、1臺Profibus-DP主站和2臺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，是因為它具有高速、多功能、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡化、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、系統(tǒng)組織靈活、可靠性高、維護方便等特點。PLC的每一個I/O出現(xiàn)故障時，只需要調(diào)換有故障的模塊，而不需長時間的停產(chǎn)進行設(shè)備維修，特別適合于我們當前競爭日益激烈的光纜市場。網(wǎng)絡化和通訊強化通訊能力也 是該PLC的一個重要特點。



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)場總線接口，同時還可插入MMC存儲卡，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點的數(shù)字量輸入和16點的數(shù)字量輸出，具有較高的性價比。主站還配有兩塊SM334和一塊SM321，可進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)絡經(jīng)過EMM277的 DP通訊口，從而將S7-224CPU連接到Profibus--DP網(wǎng)絡中。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)絡可使操作人員方便的、實時的掌握生產(chǎn)線運行狀況。
在設(shè)備安 裝過程中，我們用Profibus網(wǎng)絡總線連接器和Profibus電纜將3個CPU連接起來，再利用編程工具STEP7對S7-300進行硬件組態(tài)，建 立一個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡。為將EMM277作為一個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用于控制程序的運行，F(xiàn)B、FC是用戶子程序，DB是用戶定 義的用于存儲取數(shù)據(jù)的存取區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機監(jiān)控軟件與PLC程序的數(shù)據(jù)接口。
當組態(tài)DP主站時，需要定義CPU224變量V存儲器內(nèi)的字節(jié) 位置，從這個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行數(shù)據(jù)交換模式時，主站將輸出數(shù)據(jù)寫入到EMM277模塊。然后，EMM277響應最新的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，在編程時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)，進而發(fā)送到主站中。
這 樣在程序運行時，主站CPU313C-2DP根據(jù)存儲卡存儲的程序和從站PLC一樣，分別通過相應的數(shù)字量和模擬量輸入、輸出模塊采集生產(chǎn)線各種運行狀 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，實現(xiàn)在現(xiàn)場總線上的數(shù)據(jù)采集和控制信號的輸出，并實現(xiàn)一些簡單的諸如張力控制等控制算法。現(xiàn)場的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，從而實現(xiàn)PC的直接控制生產(chǎn)線的運行。
3.2 上位工業(yè)計算機
我 們的工業(yè)計算機選用臺灣研華公司的IPC-610作為上位機，因為它們在國內(nèi)工業(yè)控制市場上占有較大的份額，可靠性也較高。通過MPI通訊卡CP5611 使工控機與DP主站進行MPI通訊，從而實現(xiàn)工業(yè)PC機與DP總線的硬件連接。并可通過RS232C與生產(chǎn)線的外徑測量儀等智能儀表進行串口通訊，從而實 現(xiàn)生產(chǎn)線其它控制數(shù)據(jù)的采集。
我們在上位機采用的組態(tài)王是一個具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件，使我們可根據(jù)實際生產(chǎn)需要任意組態(tài)， 快速生成應用軟件，并可方便的的實現(xiàn)監(jiān)控軟件的實時數(shù)據(jù)更新、歷史曲線和實時曲線顯示、報警、數(shù)據(jù)存儲、查詢等功能，大大縮短了監(jiān)控軟件的開發(fā)周期，提高 了軟件運行的可靠性、維護性、延續(xù)性和可擴充性。 字串5
對于本系統(tǒng)的PROFIBUS網(wǎng)絡，我們定義了I/O變量后，組態(tài)軟件通過MPI驅(qū)動程序軟件接 口獲取DP主站相應的數(shù)據(jù)，我們可直接使用變量名用于系統(tǒng)控制、操作顯示、趨勢分析、數(shù)據(jù)記錄和報警顯示，這樣就可以實現(xiàn)工業(yè)流程畫面上動態(tài)地顯示現(xiàn)場各 過程硬件的運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以按相應的順序?qū)懟噩F(xiàn)場過程硬件，執(zhí)行控制操作，實現(xiàn)生產(chǎn)線的人工控制功能。
在監(jiān)控軟件畫面中，點擊相應設(shè)備按鈕就可對該設(shè)備進行單獨控制;還可顯示生產(chǎn)線各部件的當前運行狀態(tài)，如當前電機速度以及一些故障信息等。對系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進行判斷，發(fā)出報警信號，并按技 術(shù)要求進行處理并自動進行相應的設(shè)備控制，如對故障信號的解鎖及其恢復等，還可利用軟件的DDE功能實現(xiàn)報表打印功能以及實時數(shù)據(jù)和歷史趨勢曲線顯示等功能。

4 結(jié)束語
在海底光纜護套生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，我們通過應用Profibus-DP現(xiàn)場總線取得了很 好地運行效果。Profibus-DP總線不僅滿足了生產(chǎn)線的各項功能要求，并且使用合理。由于通訊方式的實現(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，維護簡單，維護量小。在本控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝和調(diào)試過程中，Profibus-DP的應用無疑是正確的，我們的經(jīng)驗是在現(xiàn) 場安裝過程中仍要注意對現(xiàn)場各類干擾因素的防范以及現(xiàn)場的接地系統(tǒng)對總線通訊的影響。
總之，海纜的生產(chǎn)是一項專業(yè)性很強的技術(shù)工作，需要有專門的 各種生產(chǎn)線來實現(xiàn)生產(chǎn)。通過本次Profibus-DP現(xiàn)場總線在海底光纜護套生產(chǎn)線上的應用，隨著將數(shù)字信號和模擬信號混合的系統(tǒng)改造為全數(shù)字信號系統(tǒng) 的發(fā)展，Profibus-DP會在光纖光纜生產(chǎn)線中得到越來越廣泛的應用。