王貴元

江蘇蘇州歐瑞康巴爾查斯涂層有限公司

工控計(jì)算機(jī)與PLC并口通訊的研究

王貴元

江蘇蘇州歐瑞康巴爾查斯涂層有限公司

工業(yè)計(jì)算機(jī)與PLC通訊有多種方法，根據(jù)工業(yè)設(shè)備特點(diǎn)選擇合適的通訊方式是設(shè)備可性重要的保證;本文對(duì)公司內(nèi)一臺(tái)瑞士巴爾查斯涂層設(shè)備主機(jī)和PLC的并口通訊方式進(jìn)行了詳細(xì)分析，并總結(jié)了這種方式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn);

PVD涂層；工控機(jī)；PLC；并口通訊；

隨著中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)備自動(dòng)化、信息化的程度越來(lái)越高。這就要求設(shè)備既有實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)算功能，又有大規(guī)模的邏輯處理功能。一般設(shè)備的運(yùn)算功能由工業(yè)計(jì)算機(jī)完成，而邏輯處理由PLC完成；工業(yè)計(jì)算機(jī)通過(guò)接口與PLC進(jìn)行通訊，間接控制外圍開關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化工作。

工控機(jī)和PLC的通訊有多種方式：串行口（RS232/RS485）、并行口、網(wǎng)絡(luò)口等。根據(jù)設(shè)備特點(diǎn)和工作環(huán)境選擇合適和可靠的通訊方式是設(shè)備能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件之一。我公司的PVD涂層機(jī)的工控機(jī)通過(guò)PLC的I/O點(diǎn)和工控機(jī)以并行口方式進(jìn)行通訊，簡(jiǎn)單可靠并且抗干擾能力強(qiáng)；本文將詳細(xì)的分析其原理。

一、PVD涂層機(jī)介紹

PVD多弧離子鍍的基本原理就是把金屬蒸發(fā)源（靶源）作為陰極，在真空的條件下通過(guò)它與陽(yáng)極殼體之間的弧光放電，使靶材蒸發(fā)并離化，形成空間等離子體，對(duì)工件進(jìn)行沉積鍍覆。

多弧離子鍍的基本組成包括真空鍍膜室、陰極弧源、基片、負(fù)偏壓電源、真空系統(tǒng)等。

二、控制系統(tǒng)

巴爾查斯涂層機(jī)工作一般分抽真空、氫氣刻蝕、氬氣刻蝕、涂層、冷卻、檢漏六個(gè)階段。每個(gè)階段都需要進(jìn)行大量PID控制計(jì)算去調(diào)節(jié)溫度、輔助氣體流量、蒸發(fā)電流及等離子磁場(chǎng)強(qiáng)度等；本設(shè)備采用一臺(tái)工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)算，設(shè)備的外圍元件采用日本松下的FP3型PLC來(lái)控制；如圖1所示。

圖1 涂層機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

三、元件型號(hào)及功能介紹

工控機(jī)：采用INOVIS公司的R20型工業(yè)計(jì)算機(jī)。產(chǎn)品運(yùn)算能力強(qiáng)，速度快并有極強(qiáng)的穩(wěn)定性。該計(jì)算機(jī)安裝DOS6.22系統(tǒng)。通過(guò)在DOS狀態(tài)下運(yùn)行系統(tǒng)文件BARCO，計(jì)算機(jī)把內(nèi)部配方文件所要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0-10VDC信號(hào)向需要模擬指令的元件輸出，并根據(jù)反饋的實(shí)際值實(shí)時(shí)調(diào)整并監(jiān)控；同時(shí)把外圍數(shù)字量的控制信號(hào)通過(guò)INDEL16位的模擬量輸入/輸出板傳遞給PLC，并對(duì)PLC的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

PLC：采用日本松下的FP3型PLC，主要處理外圍數(shù)字量信號(hào)；它通過(guò)輸入/輸出版上的I/O點(diǎn)接受工控機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的指令碼，經(jīng)過(guò)解碼后輸出給外圍元件；同時(shí)將PLC輸入/輸出點(diǎn)的信息反饋給工控機(jī)，供工控機(jī)監(jiān)控使用。

lPLC輸入信號(hào)：占用X00-X0F的共16位地址，其中X0E和X0F是控制位；

X0E：工控機(jī)并行口數(shù)據(jù)讀取完畢；

X0F：工控機(jī)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢，需PLC讀??；

X00-X0D：共14位，數(shù)據(jù)位；

lPLC輸出信號(hào)：占用Y80-Y8F的共16位地址，其中Y8E和Y8F是控制位；

Y8E：PLC數(shù)據(jù)讀取完畢；

Y8F：PLC數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢，需工控機(jī)讀??；

Y80-Y8D：共14位，數(shù)據(jù)位；

INDEL總線系統(tǒng)：INDEL總線系統(tǒng)是瑞士INDEL公司開發(fā)的基于DOS環(huán)境下的一種現(xiàn)場(chǎng)總線；它的主站是一個(gè)帶有PCI接口的控制板，不需要任何設(shè)置，直接插到工控機(jī)主板上的PCI插槽上，然后把驅(qū)動(dòng)程序直接考入系統(tǒng)硬盤即可；INDEL有多種模塊供選擇，本設(shè)備INDEL總線配置見圖1。

四、工控機(jī)和PLC通訊分析

工控機(jī)輸出給PLC的命令是被PLC接收后，由PLC的程序進(jìn)行譯碼，命令經(jīng)過(guò)譯碼后給R500-R59F的160個(gè)中間標(biāo)志位置位或復(fù)位；每個(gè)標(biāo)志位都有固定含義，例如：R500-系統(tǒng)停止、R501-抽真空、R592啟動(dòng)通訊監(jiān)控、R598-通訊緩沖區(qū)清零等。PLC把所有PLC輸入輸出點(diǎn)的狀態(tài)反饋給工控機(jī)，供工控機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

五、PLC程序及說(shuō)明

1 PLC接收程序

程序段1 F F N 2 1 N 2 4 N 2 5 N 2 6 N 2 7 N 2 8 S T D F S T / O R K P P W X D T X X T R 0 0 1 5 0 2 0 0 ( M V ) 2 0 0說(shuō)明：接受工控機(jī)讀命令（X F -工控機(jī)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，請(qǐng)求P L C讀入信號(hào)），置位讀請(qǐng)求標(biāo)志位-R 2 0 0 ,將數(shù)據(jù)讀入D T 2 0 0中。程序段2 N 5 4 N 5 5 S T P D T R 6 2 0 0 ( D G T ) 2 0 0

H 0 N 6 2 ( D G T ) D T P D T H D T 2 1 0 6 2 0 0 2 0 1 2 1 1說(shuō)明：讀入數(shù)據(jù)解碼。將D T 2 0 0的b i t 0 -3（數(shù)據(jù)位）輸出給D T 2 1 0；將D T 2 0 0的b i t 4 -7（位址號(hào)）輸出給D T 2 1 1；

2PLC發(fā)送輸入輸出點(diǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)

程序段3 N 2 1 0 0 N 2 1 0 1 S T R F K D T 1 1 5 2 5 6 1 0 0 0 9 0 1 3 ( F I F T )說(shuō)明：：定義從D T 1 0 0 0開始的2 5 6個(gè)數(shù)據(jù)為堆棧區(qū)程序段4 N 2 3 5 0 F ( D G T ) W X H D T 6 1 1 2 9 0 0說(shuō)明：首先把輸入點(diǎn)W X 1（共1 6位）低字節(jié)傳送到D T 9 0 0中，高字節(jié)傳送到D T 9 0 1中；W X 2 -W X 4依次類推，共占用D T 9 0 0 -D T 9 0 7供8個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)；同輸入點(diǎn)，P L C把W Y 9 -W Y 1 4輸出點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送到D T 9 0 8 -D T 9 1 9中。

程序段5 N 2 5 2 0 N 2 5 2 1 5 9 1 ( D G T ) 1 0 N 2 5 2 8 S T F I X K H I Y F I X D T H I Y S T C A L L R 6 -1 6 ( D G T ) 8 9 9 1 0 N 2 5 3 5 N 2 5 3 6說(shuō)明：調(diào)用1號(hào)子程序（1號(hào)子程序?yàn)槎褩Ｈ霔３绦颍?，將D T 9 0 0 -D T 9 1 9的數(shù)據(jù)依次壓入從D T 1 0 0 0開始的堆棧，共2 0次循環(huán)；其中I X為數(shù)據(jù)指針寄存器。I Y的存放數(shù)據(jù)內(nèi)容；D T 2 2 0存放數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度。在每個(gè)掃描周期執(zhí)行一次出棧操作，把信息通過(guò)Y 8 0 -Y 8 E發(fā)給工控機(jī)。R 1 5 9 1

束語(yǔ)

這種工控機(jī)和PLC的通訊因?yàn)榘裀LC的輸入/輸出模塊模擬成并行口進(jìn)行通訊，效率不高，但是可靠性很好，特別適用現(xiàn)場(chǎng)有強(qiáng)磁場(chǎng)和干擾而通訊量不大的工況。

[1]歐瑞康巴爾查斯公司.BAI1200涂層機(jī)操作手冊(cè)，2003（07）.

[2]松下自動(dòng)控制有限公司.FP系列PLC硬件手冊(cè)，2000（12）

[3]松下自動(dòng)控制有限公司.FP3系列PLC編程手冊(cè)，2004（09）

6 總結(jié)

21世紀(jì)是機(jī)器人和互聯(lián)網(wǎng)的世紀(jì)，自機(jī)器人和互聯(lián)網(wǎng)問(wèn)世，他們改變了人類世界的方方面面，無(wú)論在生活、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)等等。本次物聯(lián)網(wǎng)安放機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用中，我深刻體會(huì)到了物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器人相結(jié)合的美麗之處與人類偉大所在。同時(shí)再設(shè)計(jì)機(jī)器人的同時(shí)對(duì)我以后的學(xué)術(shù)發(fā)展有了啟蒙作用。

在機(jī)器人的制作過(guò)程中，很多東西對(duì)我這種高中機(jī)器人設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)都是很陌生的。因此鄙人在很多軟件和硬件方面多的問(wèn)題請(qǐng)教了很多在此方面頗有成就的人。有很多比較現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題也在困擾著機(jī)器人的設(shè)計(jì)。但是正是因?yàn)檫@些問(wèn)題才讓我了解到了如何做一名優(yōu)秀的機(jī)器人設(shè)計(jì)師。

參考文獻(xiàn)：

[1]維基百科物聯(lián)網(wǎng)詞條

[2]中華人民共和國(guó)第十二五物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃

[3]工業(yè)機(jī)器人蓋倫

[4]百度百科物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展詞條

[5]楊士元，清華大學(xué)自動(dòng)化系，中國(guó)智能家居的現(xiàn)狀和發(fā)展

王湧欽（1997-），男，籍貫：河南新野，現(xiàn)為高中學(xué)生。