■劉 輝任有志王 璐

(1.河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050000；2.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校，河北滄州 061000)

近些年，我國的飼料工業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)飼料的生產(chǎn)工藝以及制造設(shè)備也取得了很大進(jìn)步。自動(dòng)化程度較高的制造設(shè)備替代了原來的陳舊設(shè)備，而飼料生產(chǎn)線的控制特點(diǎn)為各加工設(shè)備的順序控制。PLC控制在這些現(xiàn)代化的飼料加工設(shè)備控制中凸顯了強(qiáng)大的作用[1-2]。一些飼料廠為了擴(kuò)大規(guī)模，節(jié)約開支，就會(huì)分步的擴(kuò)建車間或擴(kuò)充設(shè)備。這樣，就帶來了各車間中存在不同的PLC的問題，而主控室中還要實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)線上的各項(xiàng)數(shù)據(jù)和參數(shù)，甚至不同的PLC之間還要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。某飼料廠經(jīng)過多次擴(kuò)建，PLC種類不同，現(xiàn)在廠家根據(jù)發(fā)展需要，對該廠的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)再造，在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不同品牌PLC的通訊配置及與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通訊[3]。

1 改造方案

1.1 原控制系統(tǒng)

原控制系統(tǒng)如圖1所示，每個(gè)子系統(tǒng)已經(jīng)成為了信息孤島。各個(gè)系統(tǒng)之間沒有數(shù)據(jù)共享，每個(gè)上位機(jī)只能單獨(dú)完成對應(yīng)的功能，這樣既浪費(fèi)了資源又增加了操作員的管理難度。

圖1 原控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

1.2 改造后的控制系統(tǒng)

基于生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)為最主要的控制系統(tǒng)的原因，并參照各PLC協(xié)議信息，決定以Profibus-DP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)不同品牌間PLC之間的通訊。使用Profi?bus-DP協(xié)議改造的控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2 PLC之間的通訊

實(shí)現(xiàn)不同品牌PLC之間的通訊的前提是支持相同的通信協(xié)議，并且考慮到現(xiàn)有PLC不可能進(jìn)行更換，選用現(xiàn)場所有PLC都支持的Profibus-DP為最優(yōu)方案。改造過程中運(yùn)用已有串行數(shù)據(jù)接口，對于所組Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，需要對歐姆龍CP1H進(jìn)行模塊組建，CP1H擴(kuò)展CJ高功能模塊需通過CP1W-EXT01，支持DP網(wǎng)絡(luò)再擴(kuò)展CJ1W-PRM21或者CJ1WPRT21。本系統(tǒng)選取Profibus-DP從站接口模塊CJ1W-PRT21，并依據(jù)使用手冊設(shè)置通信參數(shù)與站地址，Siemens 315-2DP作為主站，這樣就構(gòu)成了主從通訊結(jié)構(gòu)。

2.1 Profibus-DP

PROFIBUS由Siemens公司推出，并于1999年12月被批準(zhǔn)為國際標(biāo)準(zhǔn)。Profibus-DP協(xié)議是一種經(jīng)過優(yōu)化的、高速廉價(jià)的通信連接，專門為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散I/O之間的通信而設(shè)計(jì)。Profibus-DP只是用了ISO/OSI的第1層和第2層，并定義了用戶接口層，未使用3～7層，這種結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖儆行4]。RS485傳輸是PROFIBUS-DP最常用的一種傳輸技術(shù)，其傳輸速率范圍為9.6 Kbps～12 Mbps，是一種高速的數(shù)據(jù)傳輸。這是一種差動(dòng)信號(hào)傳輸，它使用平衡鏈路，每個(gè)信號(hào)都是用一對專用的導(dǎo)線對，其中一根導(dǎo)線上的電壓是另一根的導(dǎo)線上的電壓取反，信號(hào)以這兩根信號(hào)線上的電壓之間的壓差進(jìn)行傳送?？偩€連接器為Siemens公司的D型9針插頭，無論是選用哪種電纜，都要在開始和末尾接入終端電阻[5]。

2.2 通訊模式

Profibus-DP通信采用半雙工方式，編碼方式為 NRZ碼（即不歸零碼）編碼方式，一個(gè)字符在PROFIBUS總線上按11位傳輸，1起始位0，8位數(shù)據(jù)位，1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1個(gè)停止位1。最低有效位（LSB）被第一個(gè)發(fā)送，最高有效位（MSB）被最后發(fā)送。其傳輸信號(hào)如圖3所示。數(shù)據(jù)線A與B之間為恒定正差分電壓時(shí)代表“1”，負(fù)差分電壓時(shí)代表“0”?？偩€上沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，空載電位為“1”，起始位可使之變?yōu)椤?”。在位持續(xù)期間，二值信號(hào)“0”或“1”不改變[6]。

圖3 非歸零碼信號(hào)

2.3 硬件組態(tài)

生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)CP1H的硬件組態(tài)是在Sie?mens的編程軟件STEP7里完成的。首先，需在HW Config界面安裝CJ1W-PRT21的GSD驅(qū)動(dòng)文件，OC_0602.GSD。接下來的組態(tài)工作與平時(shí)的組態(tài)步驟一樣，點(diǎn)擊“PRT21-PROFIBUS-DP”設(shè)備，并拖動(dòng)至左側(cè)的Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，并將其編號(hào)為4#站(2#～3#站已占用)，完成了生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)CP1H的硬件組態(tài)[7]。同樣，糧食檢測系統(tǒng)CP1H的組態(tài)與上述步驟一致。并且CPU315-2DP已經(jīng)給這些PLC分配好了地址變量。

2.4 通信流程

Siemens 315-2DP不斷讀取CP1H的數(shù)據(jù)，比如說打包計(jì)數(shù)系統(tǒng)，315-2DP將獲得的各種飼料的成品袋數(shù)等數(shù)據(jù)上傳至工控機(jī)，以便操作人員在組態(tài)軟件中實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)信息。315-2DP與CP1H的具體通信流程如圖4所示。

圖4 315-2DP與CP1H通訊流程

讀寫CP1H數(shù)據(jù)的部分程序如圖5所示。

3 PLC與上位機(jī)通信

主站315-2DP與上位機(jī)通信，上位機(jī)組態(tài)系統(tǒng)采用Wincc，同為Siemens公司的產(chǎn)品，不僅兼容性好，而且配置簡便。315-2DP有2個(gè)DP接口，一個(gè)DP口，一個(gè)MPI接口。所以，Wincc與315-2DP的通訊方式依舊選用MPI網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入Wincc與Step7界面設(shè)置一些通訊參數(shù)如MPI網(wǎng)絡(luò)地址、波特率、CPU所處機(jī)架號(hào)和槽號(hào)等[8]。

4 結(jié)語

將Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于飼料廠各車間PLC的通訊，解決了各車間數(shù)據(jù)不能共享的問題，并且提高了整體網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性，在下次設(shè)備擴(kuò)充時(shí)，仍有接入已有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力。這種網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容速度快成本低，各層之間互不影響，是一套切實(shí)可行的改造方案，在現(xiàn)在激烈的市場競爭下，為飼料企業(yè)節(jié)約了開發(fā)資金，維護(hù)了企業(yè)的利益[9-10]。