基于PPI通訊協(xié)議的FMS系統(tǒng)通訊

邸彩蕓

摘 要 本文以西門子公司S7-200系列的小型PLC作為控制系統(tǒng)的核心控制部件，選用廉價(jià)、可靠、高效的PPI通訊網(wǎng)絡(luò)作為FMS的通訊方式，使用PPI通訊協(xié)議來(lái)解決實(shí)時(shí)通信難題，介紹了PPI通信網(wǎng)絡(luò)的配置方法，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問(wèn)題解決的具體實(shí)施方法。詳細(xì)闡述了管理層與單元層、單元層與設(shè)備層，以及設(shè)備層之間通信功能的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 PPI協(xié)議；實(shí)時(shí)通信；S7-200；PLC程序

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2017）197-0068-02、

在FMS運(yùn)行時(shí)，單元層與設(shè)備層之間的實(shí)時(shí)通信是關(guān)鍵，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取生產(chǎn)過(guò)程中的信息對(duì)上位機(jī)至關(guān)重要。文中通過(guò)使用PPI通訊協(xié)議來(lái)解決實(shí)時(shí)通信難題，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問(wèn)題解決的具體實(shí)施方法[1]。

1 S7-200 CPU的PPI通訊方式

以西門子公司S7-200系列的小型PLC作為核心控制部件，其PLC編程口物理層為RS-485結(jié)構(gòu)，西門子提供MicroWin軟件，采用PPI協(xié)議傳輸、調(diào)試PLC程序。

PPI是一種主—從協(xié)議，是西門子為S7-200系統(tǒng)開發(fā)的通訊協(xié)議。主站設(shè)備發(fā)送要求，從站設(shè)備響應(yīng)。從站不主動(dòng)發(fā)信息，只是等待主站的要求和對(duì)要求做出響應(yīng)。多臺(tái)S7-200 CPU網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)，利用PPI通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，只用NETR和NETW兩條語(yǔ)句即可進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞，不需額外再配置模塊或軟件。

2 FMS的通訊系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

FMS采用設(shè)備層、單元層和管理層三級(jí)遞階式通信結(jié)構(gòu)。設(shè)備層主要負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制、信息采集和信息反饋。單元層負(fù)責(zé)加工信息的采集、處理和儲(chǔ)存，工作計(jì)劃的制定、任務(wù)的分配和調(diào)度、系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控等。管理層的任務(wù)為調(diào)取加工數(shù)據(jù)，獲取加工信息，以及制定CAD/CAPP/CAM作業(yè)等。

2.1 管理層與單元層之間通信

管理層與單元層的通信通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，采用TCP/IP協(xié)議，簡(jiǎn)單實(shí)用，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?，管理層用戶可通過(guò)以太網(wǎng)與單元層相聯(lián)，將生產(chǎn)任務(wù)、計(jì)劃的變更、數(shù)控代碼以及工藝路線等信息通過(guò)以太網(wǎng)傳遞給單元層。該通信方法具有快捷、簡(jiǎn)單、投入成本低的特點(diǎn)。在該FMS中，管理層的主要功能是瀏覽加工信息，單元層把采集來(lái)的加工信息存放到單元層控制計(jì)算機(jī)中的加工信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，管理層計(jì)算機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)就可以瀏覽到這些加工信息。

2.2 單元層與設(shè)備層之間的通信

該FMS中設(shè)備層主要包括：鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)控制柜，數(shù)控車床機(jī)械手控制柜，數(shù)控銑床機(jī)械手控制柜，以及數(shù)控車床、數(shù)控銑床加工系統(tǒng)。系統(tǒng)的單元層與設(shè)備層的通訊主要以PPI通訊方式實(shí)現(xiàn)，數(shù)控代碼的傳輸主要通過(guò)DNC接口實(shí)現(xiàn)。

在該FMS中，單元層的上位機(jī)作為主站與另外3個(gè)PLC通過(guò)PPI網(wǎng)絡(luò)連接在一起，其中鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC在編程時(shí)被定義為了主站，其他兩個(gè)機(jī)械手PLC作為從站，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接器與主站PLC連接，同時(shí)主站PLC又通過(guò)PC/PPI電纜與單元層控制上位機(jī)通信，組建成一個(gè)多主站多從站的PPI網(wǎng)絡(luò)。

鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC的主要功能：準(zhǔn)確判斷工件編號(hào)以及所需要的加工機(jī)床，把運(yùn)輸機(jī)上工件準(zhǔn)確的運(yùn)送到加工機(jī)床前。另外鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC作為主站還需要與另外兩個(gè)PLC不斷交換信息，鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC利用網(wǎng)絡(luò)讀指令收集數(shù)控車床機(jī)械手、數(shù)控銑床機(jī)械手動(dòng)作信息，以及每個(gè)機(jī)床的加工狀態(tài)信息，并把這些信息傳遞給上位機(jī)。同時(shí)上位機(jī)下達(dá)動(dòng)作命令到鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC，鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC在通過(guò)網(wǎng)絡(luò)寫指令把這些命令傳遞給另外兩個(gè)PLC。

數(shù)控車床機(jī)械手PLC和數(shù)控銑床機(jī)械手PLC主要功能：其控制各自的機(jī)械手準(zhǔn)確動(dòng)作，采集加工過(guò)程中的各種信息，并存放在各自的信息存儲(chǔ)單元中，以便鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸機(jī)PLC及時(shí)、準(zhǔn)確地讀取。另外他們還要與數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)通訊，控制數(shù)控加工系統(tǒng)的啟停指令。

上位機(jī)作為主站其主要功能：完成系統(tǒng)的組態(tài)，監(jiān)控以及PLC的編程。上位機(jī)通過(guò)組態(tài)軟件MCGS編制組態(tài)界面，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)組態(tài)軟件中的設(shè)備組態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與主站PLC交換加工信息。在組態(tài)界面中的操作指令通過(guò)PC/PPI電纜傳輸?shù)街髡綪LC中，主站PLC在把這些信息傳達(dá)到從站中，由從站的I/O設(shè)備執(zhí)行動(dòng)作。

建立多主站多從站的PPI網(wǎng)絡(luò)不僅能夠滿足高速、準(zhǔn)確、可靠的要求，而且組建簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、易維護(hù)，達(dá)到了高速、準(zhǔn)確、可靠。

2.3 單元層與數(shù)控系統(tǒng)之間的通信

在FMS中，由CNC接口實(shí)現(xiàn)單元控制器與加工機(jī)床之間的通信?？刂葡到y(tǒng)對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械手抓取工件和自行改造的機(jī)床夾具和機(jī)床氣動(dòng)門的動(dòng)作進(jìn)行控制和檢測(cè)。更要根據(jù)控制要求下達(dá)啟動(dòng)命令，檢測(cè)程序結(jié)束狀態(tài)。

1）數(shù)控銑床系統(tǒng)與數(shù)控銑床控制系統(tǒng)之間的通訊連接。數(shù)控銑床系統(tǒng)中有一組開關(guān)量輸入接口JIN PORT和一組開關(guān)量輸入接口JOUT PORT，開關(guān)量輸入接口的+24V、GND電源與開關(guān)量輸出接口中的+24V、GND電源在CNC系統(tǒng)內(nèi)部連接在一起，外部電箱需從JOUT接口向CNC系統(tǒng)提供+24V、GND電源。只有該電源正常提供，CNC系統(tǒng)的開關(guān)輸入輸出才能正常工作。開關(guān)量輸出接口用于控制機(jī)床的強(qiáng)電開關(guān)動(dòng)作，由于CNC系統(tǒng)的開關(guān)量輸出功率小，必須由CNC系統(tǒng)控制外部中間繼電器，由中間繼電器的觸點(diǎn)在控制開關(guān)量動(dòng)作或接觸器動(dòng)作。2）數(shù)控車床系統(tǒng)與數(shù)控車床控制系統(tǒng)之間的通訊連接。數(shù)控車床系統(tǒng)沒有設(shè)置輔助指令，需進(jìn)行改造。即把數(shù)控車床控制系統(tǒng)的啟動(dòng)加工信號(hào)與數(shù)控車床系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕并聯(lián)，從而在不用更動(dòng)機(jī)床原有控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)單元控制器與機(jī)床的通信。在加工程序完成后，退刀程序始終讓XY工作臺(tái)退到固定位置，以便觸發(fā)開關(guān)信號(hào)，說(shuō)明加工完成。實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與其控制系統(tǒng)的通信。

控制系統(tǒng)通過(guò)PPI網(wǎng)絡(luò)與單元控制器通信。而PPI用于設(shè)備級(jí)控制的總線協(xié)議，每個(gè)從站最大輸入輸出數(shù)據(jù)量是16個(gè)字節(jié)，因而在該總線上不適合用于NC加工程序的傳輸。從單元層到各機(jī)床的NC程序的傳輸經(jīng)機(jī)床DNC接口完成。

3 結(jié)論

本文使用PPI通訊協(xié)議來(lái)解決實(shí)時(shí)通信難題，介紹了PPI通信網(wǎng)絡(luò)的配置方法，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問(wèn)題解決的具體實(shí)施方法。詳細(xì)闡述了管理層與單元層，單元層與設(shè)備層，以及設(shè)備層之間通信功能的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]《柔性制造系統(tǒng)》編委會(huì).柔性制造系統(tǒng)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，1995.

[2]王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.endprint