唐中燕

（華北電力大學(xué) 機械工程學(xué)院，保定 071003）

基于PLC通信網(wǎng)絡(luò)的物料呼叫系統(tǒng)設(shè)計

唐中燕

（華北電力大學(xué) 機械工程學(xué)院，保定 071003）

0 引言

采用流水線作業(yè)方式的自動生產(chǎn)線上，各個工位都需要一定品種和數(shù)量的物料。在生產(chǎn)中當(dāng)物料供應(yīng)不及時時，會由于物料短缺造成生產(chǎn)線工作中斷。為了有效防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，設(shè)計滿足需要的物料呼叫系統(tǒng)是十分必要的。

物料呼叫系統(tǒng)在生產(chǎn)線的各工位應(yīng)設(shè)置物料呼叫裝置，每個呼叫裝置的一次呼叫可申請該工位所需的一種物料（相應(yīng)的配送量可事先確定）。在物料倉庫應(yīng)設(shè)有呼叫顯示響應(yīng)裝置或計算機顯示設(shè)備，倉庫送料員根據(jù)顯示出的呼叫信息向各工位配送物料。

根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用特點可知，各工位的呼叫信息要向物料倉庫的響應(yīng)裝置傳送，而物料倉庫的響應(yīng)信息要向各工位傳送。一般倉庫與工位之間相距會有數(shù)百米甚至更遠，如采用傳統(tǒng)的控制方法，要敷設(shè)的連接線太多，不僅材料消耗多，施工費用高，而且查對線路工作量也大，非常不經(jīng)濟。若采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，則只需通過一對現(xiàn)場總線就可以實現(xiàn)信號傳遞，充分展現(xiàn)了先進技術(shù)的優(yōu)越性。本系統(tǒng)即基于歐姆龍PLC及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行設(shè)計的。

1 PLC通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1.1 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)

對于現(xiàn)場控制點比較分散卻要求集中控制的被控對象，常常選用由一臺PLC帶上遠程I/O系統(tǒng)構(gòu)成的PLC控制系統(tǒng)。該遠程I/O系統(tǒng)屬于DeviceNet網(wǎng)絡(luò)，一般處于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的最底層，即現(xiàn)場設(shè)備層（實質(zhì)是PLC控制網(wǎng)絡(luò)）。設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)是對系統(tǒng)現(xiàn)場底層設(shè)備進行操作和管理的網(wǎng)絡(luò)，負責(zé)現(xiàn)場設(shè)備與主單元PLC之間的連接與通信，其從單元分布在設(shè)備附近，實現(xiàn)遠程I/O采集與控制。

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)采用主干線與支線拓撲結(jié)構(gòu)，由兩對屏蔽雙絞線實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸和網(wǎng)絡(luò)供電。允許帶電情況下接入或移走網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，支持在線修改配置網(wǎng)絡(luò)。每個DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上可以容納最多64個節(jié)點，每個節(jié)點支持的I/O數(shù)量沒有限制，如圖1所示為OMRON公司DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的典型拓撲結(jié)構(gòu)。

圖1 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的特點有：

1）客戶機/服務(wù)器模式；

2）支持點對點、主從或多主通信；

3）每個DeviceNet網(wǎng)絡(luò)可最多連接64個節(jié)點；

4）使用抽象的對象模型描述，提供I/O報文和顯式報文連接。

1.2 DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)通信類型有兩種：遠程I/O通信和信息通信。與網(wǎng)絡(luò)通信類型相對應(yīng)，OMRON的DeviceNet網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式有不帶配置器方式和帶配置器方式兩種。配置器可在線監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、配置DeviceNet網(wǎng)絡(luò)主單元、確定主/從單元隸屬關(guān)系以及為從單元分配地址空間等。組網(wǎng)后主單元PLC之間執(zhí)行信息通信，主單元PLC與其隸屬的從單元之間進行I/O通信。這相當(dāng)于將DeviceNet網(wǎng)絡(luò)作為公共總線，不但可節(jié)省布線，而且整合了各種控制功能。

本系統(tǒng)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)組成如圖2所示。采用一主多從的形式。主單元包括CPU處理模塊CJ1GCPU42、電源模塊CJ1-PA204S、DeviceNet主單元模塊CJ1-DRM21和多個基本I/O模塊。各模塊依次插入總線槽而連在一起。各從單元包括小型PLC CPM2AH-40CDR 和通過I/O擴展連接器插槽連接的DeviceNet從單元模塊CPM2A-DRT21。根據(jù)實際需要，從單元也可以是一般的I/O終端、模擬量I/O終端、傳感器終端、溫度輸入終端等。

圖2 系統(tǒng)DeviceNet網(wǎng)絡(luò)組成

由于本網(wǎng)絡(luò)上只有一個主單元，隸屬關(guān)系簡單，固只需采用不帶配置器的組網(wǎng)方式。網(wǎng)絡(luò)模塊使用前均需做相應(yīng)的設(shè)定，設(shè)定通過模塊面板上的相應(yīng)開關(guān)進行。設(shè)定包括單元號、節(jié)點號、通信比特率等。主單元模塊的單元號、節(jié)點號均設(shè)定為默認值0，比特率設(shè)定值與各從單元應(yīng)一致。各從單元模塊的節(jié)點號依次設(shè)定為0、1、2…，比特率設(shè)定值與主單元一致。

根據(jù)主單元模塊設(shè)定的單元號，PLC為其分配的內(nèi)存工作區(qū)為：CIO1500～ CIO 1524，DM30000～ DM 30099。

1.3 遠程I/O地址分配

DeviceNet網(wǎng)絡(luò)從單元的節(jié)點地址管理是通過在主單元PLC的I/O區(qū)為其分配特殊空間實現(xiàn)的。從單元遠程I/O地址分配方法有兩種：固定分配和用戶分配。由于本網(wǎng)絡(luò)上只有一個主單元，固采用固定分配方法。

對于CJ1/CJS系列PLC而言，遠程I/O的固定分配地址被劃分為三個區(qū)域：CIO3200～ CIO 3363、CIO3400～ CIO 3563、 CIO3600～ CIO 3763。這里使CIO1500.08=1選擇區(qū)域1，則遠程I/O的地址分配如下：輸出映射區(qū)CIO3200～ CIO 3263、 輸入映射區(qū)CIO3300～ CIO 3363。

從單元PLC I/O通道分配如圖3所示。主單元與從單元之間內(nèi)部連接共32點輸入（從→主），32點輸出（主→從），即主單元輸出映射區(qū)與從單元輸入通道對應(yīng)，主單元輸入映射區(qū)與從單元輸出通道對應(yīng)，主單元PLC與各從單元PLC之間所建立的地址映射關(guān)系如圖4所示。DeviceNet遠程I/O通信功能使得在主單元PLC和從單元PLC之間能按照此映射關(guān)系自動進行I/O數(shù)據(jù)傳送，即主單元PLC可以直接讀寫從單元的I/O點。

圖3 從單元PLC I/O通道分配

圖4 主單元與各從單元間地址映射關(guān)系

2 主單元與從單元的系統(tǒng)設(shè)計

2.1 主單元與從單元硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)從單元位于車間生產(chǎn)線，每一從單元PLC管理八個工位的呼叫裝置，負責(zé)采集呼叫按鈕信息、消號按鈕信息，控制呼叫響應(yīng)指示燈、超時報警指示燈。一個從單元需向主單元傳遞的信息有呼叫狀態(tài)、消號狀態(tài)、超時狀態(tài)等。主單元位于物料倉庫，對生產(chǎn)線各工位的物料呼叫信號及時進行處理，管理呼叫信號顯示響應(yīng)裝置，負責(zé)采集呼叫響應(yīng)按鈕信息，控制呼叫顯示指示燈、超時報警指示燈與喇叭。主單元向每一從單元傳遞的信息有呼叫響應(yīng)狀態(tài)、消號響應(yīng)狀態(tài)等。在物料倉庫還可設(shè)置計算機、顯示器、打印機等設(shè)備。計算機與主單元PLC進行串行通信，接收物料呼叫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，利用計算機配有的工業(yè)控制組態(tài)軟件，可將呼叫、響應(yīng)、報警等信息實現(xiàn)直觀的動態(tài)畫面顯示，還可按照物料管理的要求打印顯示制表等。系統(tǒng)硬件構(gòu)成如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.2 主單元與從單元的程序設(shè)計

遠程I/O通信不需要編寫通信程序，可在DeviceNet網(wǎng)絡(luò)主單元的PLC與從單元PLC之間自動傳送數(shù)據(jù)。所以控制程序設(shè)計主要是根據(jù)系統(tǒng)工作流程編制實現(xiàn)信息采集、判斷、處理與控制的控制程序。系統(tǒng)工作流程如圖6所示。主單元PLC控制程序流程圖如圖7所示。從單元PLC控制程序流程圖如圖8所示。

主單元PLC控制程序與從單元PLC控制程序相互獨立同時運行，分別對呼叫、響應(yīng)信號及時進行處理，完成呼叫、響應(yīng)、報警等功能。主單元PLC與從單元PLC間的數(shù)據(jù)傳遞通過網(wǎng)絡(luò)自動進行，且與上面兩個程序的運行是同步的。

圖6 系統(tǒng)工作流程

圖7 主單元PLC控制程序流程

主單元PLC控制程序中的“有呼叫”、“有消號”、“有超時”幾個選擇判斷即判斷從單元傳遞過來的呼叫狀態(tài)、消號狀態(tài)、超時狀態(tài)（遠程I/O數(shù)據(jù)采集）。根據(jù)采集的遠程I/O信號及本地的I/O信號，對相應(yīng)狀態(tài)位做出處理，即可更新并輸出遠程I/O控制信號。

圖8 從單元PLC控制程序流程

從單元PLC控制程序中的“有呼叫響應(yīng)”、“有消號響應(yīng)”、兩個選擇判斷即判斷主單元傳遞過來的呼叫響應(yīng)狀態(tài)、消號響應(yīng)狀態(tài)。根據(jù)接收的遠程I/O信號及本地I/O信號，對相應(yīng)狀態(tài)位做出處理，即可更新遠程I/O數(shù)據(jù)同時實現(xiàn)遠程I/O控制。

3 結(jié)束語

本物料呼叫系統(tǒng)已應(yīng)用于某企業(yè)生產(chǎn)線上。應(yīng)用表明系統(tǒng)具有以下的特點：

1）各從單元及其呼叫裝置按生產(chǎn)班組、工段進行布置，倉庫呼叫顯示響應(yīng)裝置與物料管理分工相一致，管理十分方便。

2）系統(tǒng)可以隨時增減從單元，且可并接多個從單元，每個從單元又可以管理控制多個呼叫裝置，能夠方便滿足數(shù)百種物料呼叫需求。

為了滿足現(xiàn)代化企業(yè)物流管理的需求，可將該系統(tǒng)功能進一步擴充。通過與主單元連接的計算機，物料呼叫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息可進入企業(yè)局域網(wǎng)，成為企業(yè)管理信息系統(tǒng)的一重要組成部分。還可通過為每臺從單元預(yù)留I/O接口，將生產(chǎn)過程中的安全、質(zhì)量等信號引入管理系統(tǒng)，以適應(yīng)企業(yè)管理發(fā)展的需求。

[1]祖龍起,姜永芹.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用案例[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]OMRON.可編程控制器 編程手冊.

[3]OMRON.可編程控制器 操作手冊.

Design of materiel call system base on PLC communication network

TANG Zhong-yan

利用歐姆龍PLC（可編程控制器） 及其DeviceNet網(wǎng)絡(luò)遠程I/O技術(shù)，組成了應(yīng)用于自動生產(chǎn)線上的物料呼叫系統(tǒng)。針對系統(tǒng)控制過程與特點，說明了DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置構(gòu)建、網(wǎng)絡(luò)中主單元與各子單元間的數(shù)據(jù)傳遞方法、系統(tǒng)硬件構(gòu)成與控制程序設(shè)計。

PLC；通信網(wǎng)絡(luò)；遠程I/O；控制程序

唐中燕（1960 -），女，河北保定人，副教授，本科，研究方向為微機控制技術(shù)。

TN915

A

1009-0134(2011)4(上)-0054-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).18

2010-09-25