工控网络的模拟生产线控制系统设计
在基于工控网络的模拟生产线通信控制系统中使用现场总线通信协议作为主站与从站之间的通信手段。模拟生产线使用S7-200CPU作为从站，从成本以及性能的角度考虑都是比较好的选择。因为S7-200系列本身不包含DP端口，所以需要通过串口外接DP通讯拓展模块。主站使用PC，通过DP通讯卡连接到Profibus-DP总线上，这里选择的通讯卡只要有USB端口就可以使用，因此笔记本电脑也可以用来进行程序的调试与编写，这极大地提高了便携性，这样就能降低系统运行对于工作环境的要求。Profibus-DP网络中信息的传输在每个端口都有光电隔离，DP线的结构也带有金属屏蔽层，这些硬件上的结构都使得信息传输的安全性和抗干扰性有很大的提升。同时Profibus-DP总线的通信速度最快可以达到12Mbps，总线循环时间可以小于10ms。在传感器越来越多的现代生产线对实时性要求也越来越高，因此选用Profibus总线还是很适用的。关键词 PROFIBUS-DP，PLC，网络通信
目 录
1 引言 1
1．1 自动化生产线 1
1．2 柔性生产线 1
2 模拟生产线实训系统 2
2. 1 概述 2
2. 2 硬件结构 3
2. 3 工艺流程 4
2. 4 系统单站功能 4
2. 5 控制面板 5
2. 6 站间通讯 5
3 通信方案 6
3. 1 PPI协议通讯方案 6
3. 2 MPI协议通讯方案 6
3. 3 自由口通信 7
3. 4 ProfibusDP通信方案 7
4 Profibus现场总线 8
4. 1 概述 8
4. 2 数据传输 9
4. 3 PROFIBUSDP的通信方式 10
5 PROFIBUS网络构建 12
5. 1 CP5711通信处理器 12
5.1.1 CP5711通信处理器主要特点 12
5.1.2 CP5711与从站通信的过程 12
5. 2 EM277通讯模块 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
5.2.1 模块简介 13
5.2.2 CP5711连接EM277通讯 14
5. 3 DP通讯接口 16
5. 4 设备连接 17
5. 5 硬件组态 18
5. 6 通信区设定 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 引言
1．1 自动化生产线
自动化生产线是现代工业的基础。当工作对象能够按照一定的工序流程，在各个工作单元按照规定的速度完成各项工序，并且保持稳定与精度，最后完成合格成品按序入库或出厂发货，这便是自动化生产线的理想状态。
自动化生产线是为效率而生的产物。效率是指在给定投入和技术等条件下，最有效地使用资源以满足人们的愿望和需要。对于个人来讲，效率可以是单位时间实际完成的工作。效率高就是在单位使劲按内完成的实际工作量多，相对的来讲就是节约时间。对于经济活动来讲，要满足人无穷无尽的欲望最重要的事情当然就是最好地利用其有限的资源。因此想要减少浪费，节约资源，降低成本，那么就提高效率吧。想要提高效率有两点：不浪费时间和把时间用来干正确的事情。
一百年前福特汽车创始人亨利?福特和他的团队推出了全球第一条流水生产线，这是福特对于全球制造业最伟大的贡献。流水生产线的问世简化了福特T型车的工序。将每辆车的生产时间缩短为原来的八分之一。而随之而来的好处是将福特 T 型车的售价从降了一半以上，从而让广大消费者能买得起汽车作为交通工具。
将效率提高到这种程度还只是流水生产线，而在自动化生产线中更多的本来需要人力完成的工作由机械来代替，通过液压、气动、电机、传感器和电气控制系统的整合来更快、更好、效率更高地完成。而在不久的将来，随着技术的成熟，连资源的调配安排也可以以效率为目标而自动化安排。
产品的生产需要经历从原料入厂、加工、运输、装配、质检、分拣等过程。自动化生产线需要将产品的生产工艺流程化、单元化，然后工艺要求使用相应的材料通过相应的设备和技术来完成。而随着人们生活水平的提高，每个人对产品功能和质量的要求各有不同也越来越高，人们的可供的选择选择越来越多，这时传统的大批量生产方式对于日益变化的市场来讲不再那么适应了，出现产能过剩、资源浪费的现象，最终这种不寻求转型的刚性生产线被淘汰。而柔性生产方式与柔性自动化生产线出现了。
1．2 柔性生产线
柔性自动生产线具备以下优点：设备利用率高、生产能力稳定、产品质量高、运行灵活、应变能力大等。这一切都是以过去的技术所无法想象的事情。因为这要求着传统企业改成小批量、多品种、快速的生产方式，成本与技术都是相当大的但不变则亡。而柔性生产线是微电子学、系统工程学、物联网和计算机的有机结合体，每种技术都是这柔性生产线的砖瓦、基石。
对于一般人，说到柔性生产线、柔性制造可能很陌生，可是说到与此密切相关的工业4.0那很多人就知道了，历史上的发展如图1.1所示
图1.1 工业发展
柔性生产的小、多、快正是解决中国制造业面临的主要问题是产能过剩、产销脱离问题的一剂良药。此外柔性也只是在生产，面向消费者需求的生产的柔性是整个系统所需要思考的事。
2 模拟生产线实训系统
2. 1 概述
本文介绍的是基于工控网络的模拟生产线控制系统。其中的工控网络是基于PROFIBUSDP的PLC通信。研究对象是一套模拟生产线设备，这套生产线分为6个工作站：上料检测、搬运、加工、安装、安装搬运、分类。每个工作站完成一套工作流程，分别由一台S7200控制，按照ProfibusDP的标准进行通讯。此模拟自动生产线的从站采用S7200 CPU226的PLC分别完成不同功能。而S7200本身没有DP接口，必须要通过EM277（PROFIBUSDP扩展从站模块）才能连接到PROFIBUSDP网络。
网络结构采用典型的单主站加多从站的主从结构。主从站间通过循环数据传输额方式进行工作，这也是工业上比较常用并且成熟的数据交换方式。主站采用PC+PROFIBUS网卡的方式，作为1类主站，还可以进行数据的监控。该生产线既可以作为整体让学生了解到各工作单元是如何整合成一条生产线，了解各工作站之间如何进行数据的交换以及工序是如何交替进行的，也可以把每个工作单元分开学习，根据工序需要实现的目的来了解传感器、夹器、气动元件、电动机、开关是如何组合的。可以在手动和自动之间切换。让学生可以系统的学习到关于自动化生产线技术的应与开发。
目 录
1 引言 1
1．1 自动化生产线 1
1．2 柔性生产线 1
2 模拟生产线实训系统 2
2. 1 概述 2
2. 2 硬件结构 3
2. 3 工艺流程 4
2. 4 系统单站功能 4
2. 5 控制面板 5
2. 6 站间通讯 5
3 通信方案 6
3. 1 PPI协议通讯方案 6
3. 2 MPI协议通讯方案 6
3. 3 自由口通信 7
3. 4 ProfibusDP通信方案 7
4 Profibus现场总线 8
4. 1 概述 8
4. 2 数据传输 9
4. 3 PROFIBUSDP的通信方式 10
5 PROFIBUS网络构建 12
5. 1 CP5711通信处理器 12
5.1.1 CP5711通信处理器主要特点 12
5.1.2 CP5711与从站通信的过程 12
5. 2 EM277通讯模块 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
5.2.1 模块简介 13
5.2.2 CP5711连接EM277通讯 14
5. 3 DP通讯接口 16
5. 4 设备连接 17
5. 5 硬件组态 18
5. 6 通信区设定 20
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
1 引言
1．1 自动化生产线
自动化生产线是现代工业的基础。当工作对象能够按照一定的工序流程，在各个工作单元按照规定的速度完成各项工序，并且保持稳定与精度，最后完成合格成品按序入库或出厂发货，这便是自动化生产线的理想状态。
自动化生产线是为效率而生的产物。效率是指在给定投入和技术等条件下，最有效地使用资源以满足人们的愿望和需要。对于个人来讲，效率可以是单位时间实际完成的工作。效率高就是在单位使劲按内完成的实际工作量多，相对的来讲就是节约时间。对于经济活动来讲，要满足人无穷无尽的欲望最重要的事情当然就是最好地利用其有限的资源。因此想要减少浪费，节约资源，降低成本，那么就提高效率吧。想要提高效率有两点：不浪费时间和把时间用来干正确的事情。
一百年前福特汽车创始人亨利?福特和他的团队推出了全球第一条流水生产线，这是福特对于全球制造业最伟大的贡献。流水生产线的问世简化了福特T型车的工序。将每辆车的生产时间缩短为原来的八分之一。而随之而来的好处是将福特 T 型车的售价从降了一半以上，从而让广大消费者能买得起汽车作为交通工具。
将效率提高到这种程度还只是流水生产线，而在自动化生产线中更多的本来需要人力完成的工作由机械来代替，通过液压、气动、电机、传感器和电气控制系统的整合来更快、更好、效率更高地完成。而在不久的将来，随着技术的成熟，连资源的调配安排也可以以效率为目标而自动化安排。
产品的生产需要经历从原料入厂、加工、运输、装配、质检、分拣等过程。自动化生产线需要将产品的生产工艺流程化、单元化，然后工艺要求使用相应的材料通过相应的设备和技术来完成。而随着人们生活水平的提高，每个人对产品功能和质量的要求各有不同也越来越高，人们的可供的选择选择越来越多，这时传统的大批量生产方式对于日益变化的市场来讲不再那么适应了，出现产能过剩、资源浪费的现象，最终这种不寻求转型的刚性生产线被淘汰。而柔性生产方式与柔性自动化生产线出现了。
1．2 柔性生产线
柔性自动生产线具备以下优点：设备利用率高、生产能力稳定、产品质量高、运行灵活、应变能力大等。这一切都是以过去的技术所无法想象的事情。因为这要求着传统企业改成小批量、多品种、快速的生产方式，成本与技术都是相当大的但不变则亡。而柔性生产线是微电子学、系统工程学、物联网和计算机的有机结合体，每种技术都是这柔性生产线的砖瓦、基石。
对于一般人，说到柔性生产线、柔性制造可能很陌生，可是说到与此密切相关的工业4.0那很多人就知道了，历史上的发展如图1.1所示
图1.1 工业发展
柔性生产的小、多、快正是解决中国制造业面临的主要问题是产能过剩、产销脱离问题的一剂良药。此外柔性也只是在生产，面向消费者需求的生产的柔性是整个系统所需要思考的事。
2 模拟生产线实训系统
2. 1 概述
本文介绍的是基于工控网络的模拟生产线控制系统。其中的工控网络是基于PROFIBUSDP的PLC通信。研究对象是一套模拟生产线设备，这套生产线分为6个工作站：上料检测、搬运、加工、安装、安装搬运、分类。每个工作站完成一套工作流程，分别由一台S7200控制，按照ProfibusDP的标准进行通讯。此模拟自动生产线的从站采用S7200 CPU226的PLC分别完成不同功能。而S7200本身没有DP接口，必须要通过EM277（PROFIBUSDP扩展从站模块）才能连接到PROFIBUSDP网络。
网络结构采用典型的单主站加多从站的主从结构。主从站间通过循环数据传输额方式进行工作，这也是工业上比较常用并且成熟的数据交换方式。主站采用PC+PROFIBUS网卡的方式，作为1类主站，还可以进行数据的监控。该生产线既可以作为整体让学生了解到各工作单元是如何整合成一条生产线，了解各工作站之间如何进行数据的交换以及工序是如何交替进行的，也可以把每个工作单元分开学习，根据工序需要实现的目的来了解传感器、夹器、气动元件、电动机、开关是如何组合的。可以在手动和自动之间切换。让学生可以系统的学习到关于自动化生产线技术的应与开发。
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