周楊芳，潘 強

(上饒職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 上饒 334109)

1 設(shè)計需求

現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)現(xiàn)場常常需要組建集群網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)集群化高效作業(yè)生產(chǎn)控制。其中，產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)線是工業(yè)生產(chǎn)中的一類常見的控制系統(tǒng)，傳統(tǒng)控制模式下，大多數(shù)中小企業(yè)引進(jìn)的產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)線均為“PLC+打包機(jī)”單一控制結(jié)構(gòu)，盡管能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品自動化打包生產(chǎn)作業(yè)，但難以進(jìn)行集群化作業(yè)生產(chǎn)，且不能組建大規(guī)模自動化生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，影響產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)作業(yè)控制的效率。基于此，本文以西門子S7-200型PLC為核心，構(gòu)建產(chǎn)品自動打包“1個上位機(jī)+1個主站分流機(jī)+4個從站打包機(jī)”網(wǎng)絡(luò)通信控制體系，實現(xiàn)1個中央控制系統(tǒng)下，多臺打包機(jī)按照既定程序進(jìn)行有序的集群化打包生產(chǎn)作業(yè)，既提升了集群化打包作業(yè)的效率，又優(yōu)化了打包生產(chǎn)作業(yè)自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)能效。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能描述

本系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能為：以1臺計算機(jī)作為上位機(jī)，配置Windows系統(tǒng)，通過RS485線纜連接1個主站分流機(jī)，上位機(jī)編寫主程序用來向主站分流機(jī)發(fā)送打包控制總程序，4臺從站打包機(jī)(可擴(kuò)展)通過PPI線纜與主站分流機(jī)連接，實時接收主站分流機(jī)的打包分流程序，并執(zhí)行相應(yīng)的自動化打包作業(yè)。具體的系統(tǒng)組網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)如圖1所示。實際作業(yè)時，TD200文本控制器向主站分流機(jī)發(fā)送程序，主站分流機(jī)接收指令后，控制產(chǎn)品有序地向4個打包機(jī)傳輸，每個打包機(jī)在接收到10個產(chǎn)品后，自動打包到包裝紙箱中，之后再接收下一批產(chǎn)品，并自動循環(huán)作業(yè)。實際編程過程中，需要使用梯形圖程序的傳送指令、計數(shù)指令、網(wǎng)絡(luò)讀(寫)指令等控制指令。

圖1 產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 系統(tǒng)硬件組建

基于PLC的產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)通信模塊、PLC集群模塊、傳感器模塊、傳送打包模塊等硬件部分構(gòu)成，各硬件模塊的組建方法如下。

1)網(wǎng)絡(luò)通信模塊。首先，將分流機(jī)(S7-200 CPU222型PLC)與TD200計算機(jī)之間的RS485通信接口用線纜連接起來，構(gòu)建“上位機(jī)+主站分流機(jī)”之間的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)；其次，將分流機(jī)與4臺從站打包機(jī)(S7-200 CPU221型PLC)之間的通信接口用雙絞線和PPI線纜連接起來，組建“主站分流機(jī)+從站打包機(jī)”之間的網(wǎng)絡(luò)通信子系統(tǒng)。此外，在STEP編程軟件中，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信工作模式設(shè)置。

2)PLC集群模塊。由1臺CPU222型和4臺CPU221型共5臺西門子S7-200型PLC構(gòu)成“主站+從站”PLC集群模塊。

3)傳感器模塊。由光電傳感器、接近開關(guān)、磁性開關(guān)等傳感器組成，用于識別主站和各從站的產(chǎn)品數(shù)量，啟動機(jī)械手抓取和搬運打包產(chǎn)品，進(jìn)行自動化打包作業(yè)。

4)傳送打包模塊。由三項減速異步電機(jī)、西門子MM440變頻器和傳送帶組成，在PLC控制下有序地傳送待打包產(chǎn)品。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計

3.1 網(wǎng)絡(luò)通信地址分配

本系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信地址包括數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)發(fā)送2個區(qū)域。其中，數(shù)據(jù)接收區(qū)地址為VB200、VB210、VB220和VB230 4個區(qū)域；數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)為VB300、VB310、VB320和VB330 4個區(qū)域，如表1所示。具體通信中，主站6從上位機(jī)接收打包總指令，并實時讀取4個從站的狀態(tài)字和打包產(chǎn)品計數(shù)值，主站的通信端口號為0，從VB200開始接收和發(fā)送緩沖指令。打包計數(shù)的數(shù)據(jù)接收緩沖區(qū)從VB200開始，至VB230結(jié)束，打包計數(shù)的數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖區(qū)從VB300開始，至VB330結(jié)束。上位機(jī)、主站和各從站之間的數(shù)據(jù)由預(yù)先編訂好的梯形圖程序控制，并借助通信線纜進(jìn)行傳輸。

表1 網(wǎng)絡(luò)通信地址分配表

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信程序編寫

系統(tǒng)打包作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)通信程序如圖2所示，編程的整體思路為：主站接收上位機(jī)的指令，當(dāng)上位機(jī)向主站發(fā)送“啟動”指令后，主站PLC用NETR指令實時讀取4個從站打包機(jī)的狀態(tài)信息，當(dāng)任意打包機(jī)接收到10個產(chǎn)品后，會向主站反饋一個接收指令，主站繼續(xù)向該打包機(jī)傳送10個產(chǎn)品，當(dāng)該打包機(jī)接收完100個產(chǎn)品后，由機(jī)械手抓取這100個產(chǎn)品并進(jìn)行裝箱，之后，調(diào)用NETW指令清除狀態(tài)字。程序中各網(wǎng)絡(luò)的功能如下。

圖2 系統(tǒng)打包作業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信程序

1)網(wǎng)絡(luò)1功能：使用SM0.1指令進(jìn)行初始化掃描，清空接收和發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，允許PPI協(xié)議執(zhí)行。

2)網(wǎng)絡(luò)2功能：從VB200地址開始判斷打包裝箱的產(chǎn)品數(shù)量，當(dāng)NETR指令被置1，說明相應(yīng)的從站打包完100箱產(chǎn)品，之后裝入待下一次發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)內(nèi)容，并調(diào)用NETW指令復(fù)位打包機(jī)的數(shù)據(jù)。

3)網(wǎng)絡(luò)3功能：從站完成100箱產(chǎn)品打包后，完成位被置1，并將打包完成的作業(yè)計數(shù)次數(shù)存入VB400存儲器中。

4)網(wǎng)絡(luò)4功能：在打包機(jī)進(jìn)行打包作業(yè)時，用于監(jiān)控主站和上位機(jī)之間的通信數(shù)據(jù)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)設(shè)置

應(yīng)用STEP7軟件進(jìn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)設(shè)置(見圖3)，具體設(shè)置中，將網(wǎng)絡(luò)通信的遠(yuǎn)程地址設(shè)置為“2”，以2號打包機(jī)從站的參數(shù)設(shè)置為例：遠(yuǎn)程PLC的數(shù)據(jù)發(fā)送地址選擇從VB300開始，接收數(shù)據(jù)的地址選擇從VB200開始，之后單擊“下一步”，保存設(shè)置，其他從站的網(wǎng)絡(luò)通信闡述設(shè)置以此類推。

圖3 2號打包機(jī)從站網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)設(shè)置圖

4 系統(tǒng)生產(chǎn)效果測試

系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計裝配完成后，模擬產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行測試。測試的方法為：由上位機(jī)向主站發(fā)送“啟動”指令，主站即刻向各從站發(fā)送打包傳送指令，之后用STEP軟件監(jiān)控主站和各從站之間的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)，并用組態(tài)軟件監(jiān)控產(chǎn)品打包生產(chǎn)的計數(shù)和裝配效果，結(jié)果顯示：該系統(tǒng)實現(xiàn)了產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)的多級網(wǎng)絡(luò)通信控制，打包作業(yè)的準(zhǔn)確率、數(shù)據(jù)通信效率、響應(yīng)時間均滿足生產(chǎn)要求，具體如表2所示。

表2 系統(tǒng)打包生產(chǎn)作業(yè)測試統(tǒng)計表

5 結(jié)語

本文設(shè)計的系統(tǒng)基于PLC、工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等多種技術(shù)，通過硬件和軟件系統(tǒng)的組建，為產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)作業(yè)提供了技術(shù)參照。由運行測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：本系統(tǒng)實現(xiàn)了上位機(jī)、PLC主站和PLC從站之間的有效數(shù)據(jù)通信，有效地提升了產(chǎn)品自動打包生產(chǎn)作業(yè)的效率、集群化程度和可靠性，具有較好的推廣應(yīng)用價值。