廖若峰

摘 要 PROFINET是基于以太網(wǎng)的自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，能夠方便地把各個(gè)不同制造商的設(shè)備和組件集成到單一系統(tǒng)中，硬件組態(tài)簡(jiǎn)單快速，系統(tǒng)可擴(kuò)展性、可操作性強(qiáng)，不僅使現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)有效，同時(shí)其通信功能使企業(yè)信息管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的運(yùn)行?；赑ROFINET的S7-1200結(jié)合Smartlink 遠(yuǎn)程IO的控制系統(tǒng)，具備實(shí)時(shí)性、安全性、低故障、低成本等特性，非常適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。

關(guān)鍵詞 S7-1215C;ABB機(jī)器人;PROFINET;遠(yuǎn)程IO;工業(yè)以太網(wǎng)

引言

某化工廠的成品包裝車間，有多條小規(guī)格包裝（25kg）生產(chǎn)線，和多條大規(guī)格包裝（1000kg）生產(chǎn)線;在此以小包裝生產(chǎn)線為例，闡述自動(dòng)包裝碼垛生產(chǎn)線西門子PLC控制中PROFINET通信的問題。

小包裝生產(chǎn)線采用西門子PLC結(jié)合ABB工業(yè)機(jī)器人的碼垛控制，從而實(shí)現(xiàn)粉體成品從成品罐通過空氣輸送進(jìn)稱量槽，定（稱）量落料，裝入由自動(dòng)供袋機(jī)構(gòu)送來的包裝袋中，折邊，封袋，倒袋整形，金屬檢測(cè)，重量復(fù)檢，批號(hào)打印，轉(zhuǎn)位編組，托盤準(zhǔn)備，機(jī)器人碼垛，纏繞塑料膜，剁盤輸送的全流程自動(dòng)控制，并采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)匯總。

1控制通訊的組成

（1）前段的成品空氣輸送以及后段的剁盤入倉(cāng)作業(yè)不在本系統(tǒng)考慮范圍內(nèi)。

（2）系統(tǒng)主控制器采用的PLC為S7-1215C，人機(jī)界面采用KTP1000PN 精簡(jiǎn)面板，而碼垛作業(yè)是最能發(fā)揮工業(yè)機(jī)器人優(yōu)勢(shì)的工作方式之一，故采用ABB四軸機(jī)器人ABB IRB 660進(jìn)行碼垛作業(yè);數(shù)據(jù)的采集和控制指令的發(fā)送采用Smart Link分布式IO。

（3）為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的信息集成，實(shí)施綜合自動(dòng)化，在底層現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與PLC間、PLC與PLC之間、PLC與機(jī)器人之間、本控制系統(tǒng)與企業(yè)的信息管理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)與信息交換就必須采用現(xiàn)場(chǎng)總線[1]。

PROFINET是基于工業(yè)以太網(wǎng)的開放的、標(biāo)準(zhǔn)的、實(shí)時(shí)的通信協(xié)議，可以應(yīng)用TCP/IP協(xié)議和IT標(biāo)準(zhǔn)，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，還可以說PROFINET是工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的一種實(shí)施協(xié)議;通過PROFINET IO，其他分布式I/O和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就能夠集成到以太網(wǎng)通信中。不僅能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)要求，還具有安裝簡(jiǎn)單，方便維護(hù)，施工成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，可以快速可靠地構(gòu)建一個(gè)高速、實(shí)時(shí)的100M PROFINET以太網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于PROFINET IO通信站點(diǎn)的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)而言，沒有實(shí)時(shí)性要求，是通過標(biāo)準(zhǔn)通道（基于UDP/IP）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的;而對(duì)于分布式智能設(shè)備之間的實(shí)時(shí)控制通信數(shù)據(jù)的交換則必須在實(shí)時(shí)通道（采用實(shí)時(shí)協(xié)議傳送）內(nèi)完成。

（4）系統(tǒng)組成。通過交換機(jī)，將控制區(qū)域內(nèi)PLC、觸摸屏以及工控機(jī)連為一體，生產(chǎn)線的PLC連接Smart Link遠(yuǎn)程IO的PROFINET適配器，將現(xiàn)場(chǎng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，經(jīng)過PROFINET以太網(wǎng)總線，連接到PLC與人機(jī)界面;ABB機(jī)器人也經(jīng)過博圖軟件的組態(tài)設(shè)置，接入PROFINET以太網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的有效通信;通過觸摸屏，現(xiàn)場(chǎng)操作員不僅可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控（當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或需要進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以通過終端操作來完成模式轉(zhuǎn)換、故障處理、信息維護(hù)等操作），而且可以將收集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)對(duì)接企業(yè)的信息管理系統(tǒng)，為將來的智能化工廠打下基礎(chǔ)。

（5）Smart Link遠(yuǎn)程IO模塊說明。Smart Link遠(yuǎn)程IO具有與地點(diǎn)無(wú)關(guān)的控制、高速通信、靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特征，使其在項(xiàng)目實(shí)施過程中可以節(jié)省大量電纜、槽架及相應(yīng)的接口設(shè)備，同時(shí)由于所有的接線都變得方便簡(jiǎn)單明了（只需要一根五類雙絞網(wǎng)線，就將散布于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)位置的遠(yuǎn)程IO和PROFINET適配器連為一體，在博圖軟件上組態(tài)設(shè)置后，即可直接編程并監(jiān)控），系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)的工作量都隨之大大減少，可以方便地實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備之間的聯(lián)系。

每個(gè)PROFINET適配器可以并接多個(gè)模塊，如通過數(shù)字量輸入模塊可以采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種限位開關(guān)動(dòng)作信號(hào)，控制開關(guān)指令信號(hào)以及接觸器、繼電器等的動(dòng)作信號(hào);通過數(shù)字輸出模塊，將PLC發(fā)出的控制指令經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作;通過模擬量輸入模塊采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量信號(hào)（如稱重落料控制）。規(guī)劃時(shí)，PROFINET總線適配器應(yīng)采用單獨(dú)供電方式，從而保證在動(dòng)力電源斷電時(shí)，PROFINET網(wǎng)絡(luò)不受影響。

2控制通信的實(shí)施

2.1 PLC及觸摸屏設(shè)備組態(tài)與參數(shù)設(shè)置

西門子PLC S7-1215C本體集成了2個(gè)PROFINET以太網(wǎng)接口，支持以太網(wǎng)和基于TCP/IP的通信標(biāo)準(zhǔn)。該接口帶有一個(gè)具有自動(dòng)交叉網(wǎng)線功能的RJ-45連接器，數(shù)據(jù)傳輸率為10M/100M。硬件連接較為簡(jiǎn)單，通過交換機(jī)，用五類雙絞網(wǎng)線將控制區(qū)域內(nèi)PLC、觸摸屏以及計(jì)算機(jī)連為一體[2]。

觸摸屏（即使不是西門子品牌的觸摸屏）均帶有PROFINET的以太網(wǎng)接口，可以很方便地用網(wǎng)線連接。

博圖軟件上PLC設(shè)備組態(tài)中通訊設(shè)置：①需要對(duì)系統(tǒng)中的每個(gè)設(shè)備分配一個(gè)唯一的“名稱”;②需要設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼，IPv4的地址長(zhǎng)度為32位，共四個(gè)字節(jié)（實(shí)際用點(diǎn)分十進(jìn)制記法），謹(jǐn)記：同一系統(tǒng)的設(shè)備IP地址前三個(gè)字節(jié)必須相同，如192.168.0.1中的192.168.0，而最后一個(gè)字節(jié)則不能重復(fù);系統(tǒng)中各設(shè)備的子網(wǎng)掩碼均為：255.255.255.0。

2.2 Smart Link遠(yuǎn)程IO設(shè)備組態(tài)與參數(shù)設(shè)置

由于采用的Smart Link遠(yuǎn)程IO不是西門子公司產(chǎn)品，在博途軟件中并不能直接找到配置文件，應(yīng)先導(dǎo)入以.xml為后綴的設(shè)備描述文件，方能對(duì)Smart Link的適配器及IO進(jìn)行硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)及參數(shù)設(shè)定。具體設(shè)置流程如下：

2.3 ABB機(jī)器人接入PROFINET通信

在通訊配置時(shí)，同樣需要在TIA博途中安裝ABB機(jī)器人的GSD文件并設(shè)置參數(shù)，步驟為：

此外，在ABB示教器上（或Robot Studio）也要進(jìn)行設(shè)置，步驟為（圖見文末）：

所有設(shè)置完成并下載設(shè)備后，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)重新上下電后，確認(rèn)組態(tài)結(jié)果[3]。

3結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今的自動(dòng)化系統(tǒng)中單一品牌控制設(shè)備難以滿足用戶設(shè)備集成和擴(kuò)容的需要，多為不同廠家的設(shè)備協(xié)同作戰(zhàn)，而施工現(xiàn)場(chǎng)多數(shù)存在設(shè)備多、布局分散的特點(diǎn)，由此決定了PROFINET的價(jià)值所在以及分布式IO的生存空間。本文所描述的控制系統(tǒng)通訊方式，是一種值得推廣的、可靠的工業(yè)控制解決方案，非常適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 崔堅(jiān).西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信指南（上下冊(cè)）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：51.

[2] 廖常初.S7-1200 PLC編程及應(yīng)用（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017：4.

[3] 佚名.ABB 機(jī)器人操作手冊(cè)[ED/OL].https：//www.baidu.com/link？url=KFGf4Vys6FArJ1FZn3YQZcYimoqNgNTzWWYuE0_jjvsERLWEjb1lN9b7GCXNuA1LVEDWFbCQlQxvt7V-YjoIq6FYrAaYYnE1ZYROdeNnJu5WvET6e78m3nWMjB4gRqp2&wd=&eqid=9f920f2700008a8f000000035f2805d6.