曹勝敏，張銅鋼

(唐山學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，河北 唐山 063020)

PPI網(wǎng)絡(luò)在生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

曹勝敏，張銅鋼

(唐山學(xué)院 智能與信息工程學(xué)院，河北 唐山 063020)

針對(duì)四站三工序生產(chǎn)線研制的自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用四臺(tái)S7-200PLC構(gòu)成PPI網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用NETR與NETW指令設(shè)計(jì)主站PLC的通信控制程序和各從站的控制程序。通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無負(fù)載模擬試驗(yàn)，證明該系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，功能穩(wěn)定、可靠。

PLC控制；PPI網(wǎng)絡(luò)；生產(chǎn)線控制系統(tǒng)

從傳統(tǒng)的集中式控制轉(zhuǎn)向多級(jí)分布式控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。多級(jí)分布式控制系統(tǒng)中，各控制環(huán)節(jié)之間的信息傳輸是關(guān)鍵問題[1]?；赑PI通信協(xié)議，由多個(gè)PLC組成的PPI網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)PLC之間簡(jiǎn)便、快捷的大量的信息傳輸。因此在工業(yè)控制中，特別在各種自動(dòng)化生產(chǎn)線中由PLC構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛應(yīng)用。本研究以小型單片軋制板帶鋼車間為背景，基于PPI網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了一套生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概述及控制要求

1.1 系統(tǒng)概述

某小型單片軋制板帶鋼車間采用四輥式冷軋機(jī)不可逆軋制方式，原料厚度1.8～3.0 mm，成品厚度0.2～1.5 mm。車間工作流程是：先由輸送設(shè)備將鋼板逐一輸送到預(yù)定位置，喂入軋機(jī)進(jìn)行軋壓、碼垛，全垛鋼板軋制完一道次后，再搬運(yùn)到軋機(jī)前進(jìn)行下一道次的軋制，直到軋制成規(guī)定的成品尺寸為止。整個(gè)生產(chǎn)線由相互獨(dú)立且有機(jī)聯(lián)系的各工作站組成，分別是：照明站、傳送站、軋壓站、搬運(yùn)站。照明站負(fù)責(zé)系統(tǒng)照明，傳送站負(fù)責(zé)鋼板輸送，軋壓站進(jìn)行軋壓、碼垛，搬運(yùn)站將碼好的鋼板搬運(yùn)到指定地點(diǎn)。四個(gè)工作站的操作均由PLC控制，四站之間用PPI通信實(shí)現(xiàn)PLC的網(wǎng)絡(luò)控制，形成自動(dòng)控制生產(chǎn)線。采用的控制方式有兩種：各站獨(dú)立控制、聯(lián)網(wǎng)控制。

1.2 控制要求

要求一：本系統(tǒng)為四站三工序生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，要求當(dāng)照明站工作就緒，即各部分照明開啟后開始第一道工序——鋼板輸送；當(dāng)?shù)谝粔K鋼板輸送到位后，啟動(dòng)第二道工序——鋼板軋壓、碼垛；碼垛完成后，啟動(dòng)第三道工序——搬運(yùn)。在第三道工序完成后，進(jìn)入下一次循環(huán)。

要求二：系統(tǒng)進(jìn)入第二道工序運(yùn)行后，如果無故障報(bào)警，則第一道工序在設(shè)定時(shí)間后繼續(xù)進(jìn)行下一輪工作，其余工作站亦然，以節(jié)省時(shí)間。

1.3 控制設(shè)備選擇

系統(tǒng)硬件由PLC、網(wǎng)絡(luò)連接器、光電傳感器、變頻器等控制設(shè)備構(gòu)成。①PLC型號(hào)采用西門子S7-200CPU224AC/DC/RLY，數(shù)量四臺(tái)，分別用于四個(gè)工作站，其中一個(gè)為主站，另外三個(gè)為從站，每臺(tái)PLC均通過PORT0口互相進(jìn)行PPI通信。②網(wǎng)絡(luò)連接器采用帶編程口的Profibus-DP接頭及與之相連的Profibus電纜把CPU的信號(hào)傳到編程口。通過網(wǎng)絡(luò)電纜和編程口，將四臺(tái)PLC連接成PPI網(wǎng)絡(luò)。③光電傳感器選擇QS系列直接反射式QS18VN6D型，用于檢測(cè)鋼板的存在與否以及計(jì)數(shù)，其檢測(cè)距離為450 mm，供電電壓為10～30 VDC，輸出形式為NPN。④變頻器的型號(hào)為三菱FR-E540-5.5K-CHT，額定容量為9.1 kW，用于鋼板傳送工序的傳送帶速度控制。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 變頻器參數(shù)設(shè)置

變頻器的運(yùn)行模式設(shè)置為外部控制模式，傳送帶啟動(dòng)后，根據(jù)實(shí)際需要可使傳送帶運(yùn)行速度在高、中、低三個(gè)速度檔變化。變頻器參數(shù)設(shè)置如表1所示[2]。高、中、低三速的接線端為RH，RM，RL。

表1 變頻器參數(shù)設(shè)置

2.2 PPI網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)表設(shè)置

四臺(tái)PLC按照PPI主/從協(xié)議構(gòu)成PPI網(wǎng)絡(luò)，其中，第一臺(tái)為主站，站地址為2；第二、三、四臺(tái)為從站，站地址分別為3，4，5，主站依靠地址識(shí)別每個(gè)從站，確定從相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中讀寫數(shù)據(jù)。使用NETR與NETW指令實(shí)現(xiàn)四臺(tái)PLC的網(wǎng)絡(luò)通信，主站2與從站3，4，5之間的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)表如表2所示[3]。

表2 PPI網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)表

2.3 主站PLC通信程序設(shè)計(jì)

主站PLC程序包括兩部分，其一是本站的輸出控制，即生產(chǎn)線的照明控制；其二是與各從站的通信程序。通信模式由特殊存儲(chǔ)器字節(jié)SMB30(對(duì)應(yīng)PORT0)和SMB130(對(duì)應(yīng)PORT1)來設(shè)定。若將PLC的通信口設(shè)定為PPI主站模式，只要將SMB30(SMB130)的低兩位設(shè)定為2#10，該P(yáng)LC即可使用NETR與NETW指令對(duì)PPI網(wǎng)絡(luò)中各從站PLC進(jìn)行讀寫控制。

在NETR與NETW指令應(yīng)用時(shí)，需通過PORT端指定的通信口，根據(jù)TBL端指定的表中的定義，從遠(yuǎn)程設(shè)備讀取數(shù)據(jù)到主站，或?qū)⑾鄳?yīng)的數(shù)據(jù)寫入遠(yuǎn)程設(shè)備中。主站PLC的通信程序包括：①主站PLC的通信端口、通信協(xié)議及工作模式的確定；②初始化通信數(shù)據(jù)交換表；③與3號(hào)從站的讀寫操作控制程序；④與4號(hào)從站的讀寫操作控制程序；⑤與5號(hào)從站的讀寫操作控制程序。主站PLC的初始化程序及對(duì)3號(hào)從站的讀寫操作控制程序如圖1所示。主站PLC對(duì)4，5號(hào)從站的讀寫操作控制程序與此類似，只是數(shù)據(jù)表不同。

圖1 主站初始化及對(duì)3號(hào)從站的讀寫操作控制程序

3 系統(tǒng)模擬

在實(shí)驗(yàn)室對(duì)該控制系統(tǒng)進(jìn)行無負(fù)載模擬試驗(yàn)。首先，將四臺(tái)PLC用網(wǎng)絡(luò)連接器及網(wǎng)絡(luò)電纜連接起來，如圖2所示，并設(shè)置通信頻率。其次，通過STEP7-Micro/WIN編程軟件，在“系統(tǒng)塊”中分別將四臺(tái)PLC的站地址設(shè)置為2，3，4，5，并將設(shè)置分別下載到各PLC中。然后，將通信程序下載到2號(hào)主站PLC中，將各操作程序下載到相應(yīng)的從站PLC中，并將四臺(tái)PLC的工作方式開關(guān)置于RUN位置，輸入部分用手動(dòng)開關(guān)模擬各輸入信號(hào)，輸出部分直接觀察PLC輸出指示燈。將程序執(zhí)行效果與實(shí)際控制要求對(duì)比，結(jié)果顯示符合控制要求。

圖2 四站三工序生產(chǎn)線PPI網(wǎng)絡(luò)控制模擬試驗(yàn)

4 結(jié)論

基于PPI網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的四站三工序生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，證明該系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，功能穩(wěn)定、可靠。而且系統(tǒng)成本低，維護(hù)方便，軟件有較好的可移植性，有較高的實(shí)用價(jià)值，不僅可應(yīng)用于小型單片軋制板帶鋼車間的自動(dòng)生產(chǎn)線，也適用于車輛檢修、貨物分類等生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制和管理。

[1] 李全利.PLC運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010：62-73.

[2] 三菱變頻調(diào)速器ER-E500使用手冊(cè)[S].上海：三菱電機(jī)自動(dòng)化(上海)有限公司：54-55.

[3] 徐國林.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：161-177.

(責(zé)任編校：李秀榮)

Application of the PPI Network in the Control System of Production Lines

CAO Sheng-min， ZHANG Tong-gang

(School of Intelligence and Information Engineering， Tangshan College， Tangshan 063020，China)

The authors of this paper have developed an automatic control system for the production line with four stations and three processes，which has a PPI network consisting of four S7-200PLCs，in which NETR and NETW instructions are used to design the communication control program of the master PLC and slave stations. Laboratory simulation testing with no load demonstrates that the communication data of the system is accurate，and that the performance it is stable and reliable.

PLC control； PPI network； production line control system

TP273

A

1672-349X(2015)06-0022-02

10.16160/j.cnki.tsxyxb.2015.06.009