伍思洪

（廣州市機(jī)電技師學(xué)院，廣東廣州，510435）

0 引言

PLC 間的數(shù)據(jù)交換根據(jù)具體的PLC 品牌、型號(hào)不同、通信接口而不同，以西門(mén)子S7-300 為例主要有：MPI、PROFIBUS、PROFIBUS DP 和PROFINET(以太網(wǎng)通信)。通過(guò)S7 連接的配置實(shí)現(xiàn)PLC 與PLC 站間的連接實(shí)現(xiàn)站間PLC 數(shù)據(jù)交換。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，中國(guó)制造2025 的戰(zhàn)略目標(biāo)推進(jìn)加之國(guó)內(nèi)電子產(chǎn)業(yè)趨向迎合歐美工業(yè)控制4.0，當(dāng)前技術(shù)環(huán)境下，5G 技術(shù)萬(wàn)物互聯(lián)已經(jīng)成為可能，因此掌握通信控制技術(shù)并靈活運(yùn)用對(duì)行業(yè)前景意義重大。

MPI 是西門(mén)子開(kāi)發(fā)的用于PLC 之間的保密協(xié)議，是對(duì)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)采用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式。但是響應(yīng)卡頓，因而在對(duì)時(shí)間、速度有要求的控制場(chǎng)合應(yīng)用受限。PROFIBUS DP 兩個(gè)S7-300PLC 之間的現(xiàn)場(chǎng)總線通信PROFIBUS 為專用協(xié)議，不易實(shí)現(xiàn)第三方設(shè)備互聯(lián)。PROFINET(以太網(wǎng)通信)是基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的新一代自動(dòng)化總線標(biāo)準(zhǔn)。較容易通過(guò)GSD 文件和第三方設(shè)備連接和實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)交換。掌握PROFINET(以太網(wǎng)通信)技術(shù)和技術(shù)應(yīng)用，對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)研發(fā)、升級(jí)改造的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)空間有重大意義。此外，通信特點(diǎn)對(duì)比掌握PROFINET(以太網(wǎng)通信)控制技術(shù)能在賽場(chǎng)取得時(shí)間優(yōu)勢(shì)。

1 西門(mén)子Step7 V5.6 基于S7-300 多站PLC 間通信PROFINET(以太網(wǎng)通信)方案

S7-300 系列PLC 型號(hào)較多品種齊全，可根據(jù)實(shí)際情況選配，本方案選用CPU314 來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要配置包括Step7 V5.6 軟件包、編程電腦預(yù)裝windows 10 64 位系統(tǒng)操作系統(tǒng)。如電腦配置要求建議雙8G 運(yùn)行內(nèi)存條、128G 以上硬盤(pán)（建議SSD 固態(tài)硬盤(pán)）、2 臺(tái)西門(mén)子CPU314PLC、4 至8 路交換機(jī)1 臺(tái)、網(wǎng)線若干、24V 工控電源2 至3 臺(tái)。多臺(tái)西門(mén)子CPU314PLC 使用程序塊方案實(shí)現(xiàn)多站通信。系統(tǒng)配置連接如圖1～圖7。

(1)新建兩個(gè)PLC，分別完成組態(tài)（使用以太網(wǎng)通信）如圖1；

圖1

(2)打開(kāi)組態(tài)頁(yè)面，找到站1，點(diǎn)擊CPU，在下方插入新連接，如圖2；

圖2

(3)連接伙伴，找到伙伴PLC，選擇連接類型：S7 連接，點(diǎn)擊確定，如圖3；

圖3

(4)填寫(xiě)伙伴ID 完成后如圖4；

圖4

(5)插入完成在PLC 下方會(huì)出現(xiàn)一條新連接，本地ID 指的是剛才添加的伙伴ID，完成并編譯后如圖5，并下載到PLC（兩個(gè)PLC 都要下載）；

圖5

(6)站1PLC 添加SFB14（讀）和SFB15（寫(xiě)）通信塊，如圖6，塊中的ID 是剛才設(shè)置的ID 地址，ADDR 是伙伴的存儲(chǔ)區(qū)，SD 和RD 是自己的存儲(chǔ)區(qū)，REQ 是驅(qū)動(dòng)執(zhí)行程序塊（執(zhí)行一次讀寫(xiě)一次），然后下載程序并仿真運(yùn)行；

圖6

(7)分別打開(kāi)PLC1、PLC2 的變量表監(jiān)控通信實(shí)現(xiàn)正確與否，如圖7 所示，PLC1 的MW10 修改數(shù)值填12 觀察PLC2的MW20 狀態(tài)值如是12。PLC2 的MW24 修改數(shù)值填22 觀察PLC1 的MW14 狀態(tài)值如也是22 則組態(tài)設(shè)置成功（變量表1 是PLC1，變量表2 是PLC2）。

圖7

該方案可靈活運(yùn)用在單人或多人團(tuán)隊(duì)合作中完成控制編程編寫(xiě)，若站間交換信息量少、站內(nèi)控制功能復(fù)雜可以各站獨(dú)立編程，編程思路相互約束不大，對(duì)控制響應(yīng)、速度有較高要求的場(chǎng)合能滿足要求且程序編寫(xiě)調(diào)試各工作站可獨(dú)立進(jìn)行，反之可取用主工作站編程，各從工作站不編程或少編程的方案，但設(shè)備投入大，每站都配價(jià)格昂貴的PLC 單元，不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2 Step7 V5.6 基于S7-300 遠(yuǎn)程IO ET200M 通信PROFINET(以太網(wǎng)通信)方案

系統(tǒng)主要配置包括Step7 V5.6 軟件包、編程電腦預(yù)裝windows 10 64 位系統(tǒng)操作系統(tǒng)，電腦配置要求建議雙8G 運(yùn)行內(nèi)存條、128G 以上硬盤(pán)（建議SSD 固態(tài)硬盤(pán)）、1 臺(tái)西門(mén)子CPU314PLC、1 至2 臺(tái)西門(mén)子遠(yuǎn)程IO ET200M 通信模塊，1至2 臺(tái)西門(mén)子IO 信號(hào)模塊、4 至8 路交 機(jī)1 個(gè)、網(wǎng)線若干、24V 工控電源2 至3 臺(tái)，西門(mén)子CPU314PLC 與ET200M（分布式IO）方案實(shí)現(xiàn)多站通信。系統(tǒng)配置連接如圖8～圖11。

(1) 新建PLC，完成組態(tài)（使用以太網(wǎng)通信）點(diǎn)擊Ethernet 并找到所需要的ET200M 注意產(chǎn)品型號(hào)要和實(shí)物一致如圖8；

圖8

(2)插入ET200M，并插入所需要的IO 模塊或其他模塊，在模塊中組態(tài)的IO 地址，在PLC 編程時(shí)可以直接使用如圖9；

圖9

(3)點(diǎn)擊ET200M，分配設(shè)備名稱如圖10 更新可用設(shè)備并分配名稱如圖11 最后編譯，保存并下載到PLC。

圖10

圖11

程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)和一個(gè)PLC 編程思路就和單臺(tái)PLC 編程方法一樣，本方案優(yōu)點(diǎn)組態(tài)容易，添加擴(kuò)展模塊方便，響應(yīng)速度快、價(jià)格低于PLC，按控制功能需要靈活選配如模擬量信號(hào)模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、高速脈沖模塊、溫度控制模塊等，較多站PLC 間通信方案節(jié)約PLC 臺(tái)數(shù)的投入，有利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)；但不利于多人程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)、調(diào)試程序。

3 S7-300S7-300 加遠(yuǎn)程IO ET200M 時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題分析及排除

競(jìng)賽沖刺訓(xùn)練中，由于技術(shù)文件和競(jìng)賽平臺(tái)的配置要求，要使用S7-300 加遠(yuǎn)程IO ET200M 作為比賽設(shè)備的控制系 統(tǒng)，ET200M 組 態(tài)DI16/DO16xDC24V（6ES7 323-1BL00-0AA0）控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。平時(shí)考慮到控制方案的靈活性，選手在訓(xùn)練過(guò)程中一直取用S7-300 多站PLC 間通信方案進(jìn)行訓(xùn)練?，F(xiàn)競(jìng)賽技術(shù)文件規(guī)定控制系統(tǒng)的配置S7-300 加遠(yuǎn)程IO ET200M，兩方案對(duì)較之前訓(xùn)練配置，僅更改系統(tǒng)硬件配置、軟件方面的組態(tài)后選手應(yīng)能熟練掌握，不應(yīng)存在技術(shù)問(wèn)題，但在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)遠(yuǎn)程IO ET200M 控制電機(jī)正反啟動(dòng)時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)類似ET200M 內(nèi)部短路導(dǎo)致電源保護(hù)動(dòng)作的故障現(xiàn)象，故障出現(xiàn)后需重啟系統(tǒng)才能正常運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行到控制電機(jī)正反啟動(dòng)工步時(shí)，還是疑似模塊內(nèi)部短路的現(xiàn)象偶爾發(fā)生。系統(tǒng)在原基礎(chǔ)上只將PLC 更換為ET200M 便出現(xiàn)故障現(xiàn)象，只能懷疑ET200M 性能不佳，更換多個(gè)ET200 依然無(wú)法解決支行問(wèn)題。故障是偶發(fā)是否控制程序設(shè)計(jì)不合理？電機(jī)正反控制PLC 程序基本是按樣板程序編寫(xiě)且一直以來(lái)是正常運(yùn)行，經(jīng)查核程序結(jié)構(gòu)無(wú)問(wèn)題。此問(wèn)題是否出在電源上？多站PLC 間通信方案運(yùn)行一直良好，無(wú)發(fā)生過(guò)類似故障現(xiàn)象，經(jīng)查核電源配置無(wú)問(wèn)題。是否電源共地問(wèn)題或接地系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不符問(wèn)題？由于故障為偶發(fā)的，此假設(shè)可能性較大，但經(jīng)反復(fù)核查并和單位供電部門(mén)技術(shù)人員對(duì)接地系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)確認(rèn)，相關(guān)接地標(biāo)準(zhǔn)在正常值范圍內(nèi)，故障依然。

圖12

比賽日期將近，專家和資深技術(shù)人員，教練團(tuán)隊(duì)一籌莫展，若無(wú)法解決故障問(wèn)題則賽前準(zhǔn)備前功盡廢。問(wèn)題未找到基本原因，參賽無(wú)意義。靜能致遠(yuǎn)，此時(shí)此刻要耐心運(yùn)用專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析問(wèn)題，細(xì)分析故障前因，筆者分析發(fā)現(xiàn)主要是程序運(yùn)行到控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)故障才出現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)是直流小型永磁電動(dòng)機(jī)，其正反轉(zhuǎn)切換是通過(guò)繼電器改變電源正負(fù)極實(shí)現(xiàn)的，可能直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中停止時(shí)產(chǎn)生反壓或電磁脈沖干擾導(dǎo)致故障?？紤]到西門(mén)子的設(shè)備對(duì)電源要求比較高，極有可能是這個(gè)原因造成故障的，因?yàn)榉磯核矔r(shí)值是數(shù)倍電源電壓值的。為解決問(wèn)題，如何減小直流電動(dòng)機(jī)停止瞬間產(chǎn)生的反壓和電磁脈沖。筆者在大學(xué)時(shí)期學(xué)習(xí)電子技術(shù)應(yīng)用，對(duì)電子無(wú)器件有一定了解。直流電源系統(tǒng)可以在電動(dòng)機(jī)電源接線端并一只無(wú)極性電容，就能有效吸收直流電動(dòng)起停瞬間產(chǎn)生的反壓和電磁脈沖。電子元器件現(xiàn)場(chǎng)只有電解電容沒(méi)有無(wú)極性電容，且容量品種比較多這為方案實(shí)現(xiàn)提供了便利，不用復(fù)雜的參數(shù)選用計(jì)算電容的容易選擇，直接使用試驗(yàn)法進(jìn)行測(cè)試確定電容的容量。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電壓為24V，選擇額定電壓50V 容量為1μ 的電容器先正反串接，再并接在電動(dòng)機(jī)電源接線端如圖圈內(nèi)所示，確認(rèn)無(wú)誤后試運(yùn)行，故意現(xiàn)象未出現(xiàn)，就本工步反復(fù)運(yùn)行停止，故障依然未出現(xiàn)。去除并接的電容，再試運(yùn)行本工步，故障又偶爾出現(xiàn)，確認(rèn)故障原因假設(shè)正確，并上小電容后問(wèn)題解決。

解決故障問(wèn)題后訓(xùn)練按計(jì)劃進(jìn)行，并如期參加第45 屆世界技能競(jìng)賽機(jī)電一體化項(xiàng)目國(guó)家集訓(xùn)6 選3 階段選拔賽，所指導(dǎo)的選手成功晉級(jí)并以第三名身份進(jìn)入3 選1 階段國(guó)家集訓(xùn)。最終所帶的本校選手成為45 屆世界技能競(jìng)賽機(jī)電一體化項(xiàng)目備選選手，成功取得第46 屆世界技能競(jìng)賽機(jī)電一體化項(xiàng)目國(guó)家集訓(xùn)資格，為備戰(zhàn)上海第46 屆世界技能競(jìng)賽打下良好的基礎(chǔ)。超額完成本屆參賽進(jìn)入國(guó)家集訓(xùn)的參賽目標(biāo)教學(xué)工作任務(wù)。