0 引言

　　现场总线技术是当今自动化领域的发展热点之一，它被誉为自动化领域的局域网，主要应用在生产现场和微机化测控设备上，也称为开放式、数字化和多点通信的底层控制网络。它的特点是可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通信速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低廉和维护成本低。先进制造业企业在生产过程中，为了能对工艺或品质等因素进行控制，提高工作效率，管理整个资源，实现设计、加工管理一体化，更重要的是能快速响应意外结果，采用基于现场总线的PLC与组态控制技术进行实时监控不失为一种好方法。本文主要阐述了在分析现场总线技术的基础上，针对先进制造业设备的生产实际，利用PLC监控网络与组态软件进行实时控制。同时介绍了采用ActiveX技术进行组态软件设计的方法。

1 现场总线技术简介

　　现场总线技术是一种分布式现场实时数据计算机网络，它可以将生产过程中的要素通过传感器进行实时采集、传输和显示，进行实时监测和控制任务。它是把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以互相沟通信息，共同完成工作任务的网络系统和控制系统。现场总线是新型的自动化系统，位于生产控制和网络结构的底层，具有开放统一的通信协议，肩负着生产第一线的测量控制的特殊任务。本文以浙江工业职业技术学院数控技术实训中心所采用Profibus现场总线为例进行分析研究，在长三角地区有较强的代表性。

　　Profibus是Prods Fie1d13us的缩写，它由西门子等公司开发研制的现场总线技术，是开放式现场总线国际标雕之一。许多生产厂商生产的设备都提供了Profibus接口。Profibus的控制系统包括主站和从站，主站决定总线的数据通信，它能占用总线，可以传输报文，如果没有外界请求也可以发送信息;从站是一些外围设备，包括输人、输出装置、驱动器和测量发送器等，它们没有总线控制权，仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时，向它发送信息。Profibus的传输技术分为三种类型，分别是Profibus-DP,Profibus- FMS和Profibus-YA，它们分别适合不同的场合。1) Profibus-DP应用于现场级，适用于自动控制系统与现场设备之间的实时通信，它采用RS-485传输技术;2) Profibus-FMS适用于车间级，要求提供较大数据量的通信服务，它也采用RS一485传输技术;3 ) ProfibusPA用于过程自动化设计，采用IEC1158 - 2传输技术。RS- 485是Profibus最常用的一种传输技术，通常称为H2，采用屏蔽双绞线或光缆，它操作简单，总线结构允计增加或减少站点。

2 基于现场总线的PLC监控网络设计

　　2.1 网络结构

　　在浙江工业职业技术学院数控系数控技术实训中心，过去40余台数控设备都是“各自为政”，各系统无法实现数据共享。采用如图1所示的基于现场总线的PLC监控网络结构进行技术改造后，建立了各数控设备之间的网络连接，为信息共享做好了物理平台。整个PLC监控网络采用主从结构的Profibus-DP网络，包括2个主站和8个从站，主站有DPM1(主控PLC)和DPM2 (PC机)，从站是#I-#8o DPMI主站和DPM2主站之间的通信采用令牌传递方式进行。DPMI主站主要完成整体控制过程，通过令牌和DPM2主站交换数据。DPM2主站主要运行组态软件包，对设备进行硬件配置以及监控程序设计，然后对现场控制对象进行实时监测和控制。DPMl作为8个从站的主站，DPMI主站与从站之间的通信采用主从方式。勺从站(加工中心系统PLC)完成对10台加工中心任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#2从站(数控洗床系统PLC)完成对8台数控铣床任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#3-#5从站分别完成对其余30多台数控车床、线切割、电火花等设备任务安排、数据采集、信息检测等的控制。#6-#8从站(中断环PLC)挂在总线上，并可连接多台PLC对中继设备进行控制。

图1基于现场总线的PLC监控网络结构

　　2.2 通信网络配置及工作过程

　　通信网络配置分为软件配置和硬件配置。软件配置主要包括对通信速率、从站数量、站地址和输人输出数据格式的配置。软件配置完成后，一旦接人监控信号，在CPU中的对应地址将会自动生成。硬件配置主要是将从站模块的拨码开关设置成与软件设置一致。主从站的工作过程是:首先Profibus-DP主站建立网络，经初始化启动Profibus-DP从站，主站将参数信息和I/O配置写人到从站，然后主站从从站那里读出诊断信息，并验证Profibus-DP已接收到的参数及I/O配置，接着主站开始和从站交换I/O数据。一旦Profibus-DP主站将参数和I/O配置写人到从站，而且从站已从主站那里接受了参数配置，则主站就拥有了那个从站，从站只能接受主站的请求。主站通过将其输出区的信息发送给从站的输出缓冲区，与其每个从站交换数据。从站将其输人缓冲区的数据返回给主站的输人区，以响应来自主站的信息。

　　2.3监控程序设计

　　在监控计算机(DPM2)上实现对下位机现场控制对的监测和控制，以完成对所有数据的实时采集和处理:从站采集的数据首先传给DPMI主站，然后再由DPMl传送给DPM2监控计算机，而DPM2的控制信息通过DPMI传送给现场控制对象。监控程序设计可采用目前市场上流行的组态软件，如:清华紫光的组态王Kingview,台湾研华的组态软件Genie和通态的组态软件MCGS等。通过PLC反馈的数据在组态软件下进行实时监控和模拟流程，包括各组设备的工作进程、状态和位置偏差的图形实时显示，并且以报表曲线输出。也可采用Activex技术对组态软件的界面组态工具进行开发后，再进行监控程序设计。

3 组态软件设计

　　3.1组态软件概念

　　“组态”的概念随着集散型控制系统DCS( distributed control system)的出现才开始被广大的工程技术人员所熟知。随着工业控制系统应用的深人，在开发规模更大、控制更复杂的控制系统时，工程技术人员逐渐意识到采用一种好的上位机编程开发方式的重要性。组态软件作为一种好的解决方案，在国内越来越得到重视，并且它的应用越来越普及。

　　组态软件，它是一种在自动控制系统监控层一级的软件开发平台，是使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的软件工具，用它可以进行数据采集和过程控制的监控程序设计。组态软件具备以下功能:支持各种工控设备和常见的通信协议，能对工业控制系统中各种资源进行配置和编辑;提供多种数据采集程序，用户可根据需要配置数据驱动程序;提供分布式数据管理和网络功能;提供使用户快速建立自己的人机接口 HMI(human machine interface)的功能;提供了在不改变原有系统的情况下，向系统增加新功能的能力。

　　3.2 界面组态工具设计

　　在组态软件中设计了基本的界面组态工具，利用Ac-tiveX控件技术能对这些界面组态工具进行扩充，增加新的功能。ActiveX控件，以前被称作OLE控件，是一种可重用的软件部件和标准的用户接口元素，能方便地组装到应用程序中.快速创建应用程序界面，从而直观地实现控制组态和策略解释执行，非常便于工程技术人员掌握。

　　采用Activex控件技术进行组态软件中界面组态工具的设计包括以下几步:

　　a)生成容器:采用ActiveX组件容器来完成，生成的容器可以通过菜单将控件调入窗口，也可以修改控件的属性;

　　b)生成浮动工具栏:将控件加到工具栏，用户可用鼠标选择所要的控件;

　　c) ActiveX控件制作:一般控制系统主要包括输入部分、控制部分、执行部分和监控部分。在进行控件制作时，也应包括输人、控制、输出和监控部分。常见的控件有:连接线、模拟量输人、模拟量输出、数字量输人、数字量输出、PID控制、策略编程、策略编程对话框、开/关控制、串行通信、定时器、条形图显示组件和滑动条显示组件等;

　　d)策略解释执行:这是软件的执行部分。在完成前三步工作后，就可以进行组态工作了。用户可按照自己的要求通过点击控件工具栏将控件加人到容器中，再用连接线将控件连接起来，组成自己的系统。如果要运行组态必须编写方法和事件的代码，然后才能完成组态的解释执行。

　　在组态软件界面组态工具设计时，可采用Visual Basic或VisualC ++作为开发工具来完成。

4 结束语

　　在数控技术实训中心现场采用基于现场总线的PLC监控网络，实现了CAD/LAPP/ PDM系统的资源共享，贯通了从设计到工艺的整个过程;完成了工艺编制过程中各种信息的统计汇总功能;完成了常用术语导航、设备特征、内部标准和设计手册等工艺知识资源框架建设，减少了重复劳动，提高了效率，避免了差错;统一的数据库可为相关授权人员信息共享，文档变化能达到实时相应，这对提高数控设备的可靠性和保证教学品质都有重要意义，赢得了广大师生一致好评。