機床控制系統間通信的解決方案

幸正根，盧勁松

（江鈴汽車股份有限公司，江西南昌 330001）

0 引言

機床控制系統大體可以分為兩大類，一類是PLC（Programmable Logic Controller，可編程控制器），是以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置，PLC 的基本構成包括電源模塊、中央處理器CPU、輸入模塊和輸出模塊；另一類是CNC（Computer Numerical Control，計算機數字控制）。PLC 控制系統具有強大的邏輯運算處理能力，已廣泛運用在清洗機、壓裝機、測量機等機床設備上；CNC 控制系統具有強大的數字控制功能，可通過G 代碼實現插補運算，主要應用在數控機床，例如，4 軸聯動加工中心、車床、銑床等。通過點到點、PN-PN-Coupler、IDEVICE 應用，可以實現PLC-PLC、CNC-CNC 及PLC-CNC 之間的通信。例如，在前后工序兩個獨立系統之間，組合機床自動線新增獨立工位、桁架機械手與主機之間的數據交換已廣泛運用。

1 點到點通信方式的應用

點到點通信方式在兩個獨立主控制器與主控制器之間通信是最簡單、最基本的方式，通過多芯電纜線連接兩個控制器之間需要交換的信號，再配置中間繼電器轉接即可實現。下面以A、B 兩臺機床為例說明（圖1），A 機床的輸出信號觸發中間繼電器的線圈，繼電器線圈得電觸頭接通，此信號作為B 機床的輸入信號；同理，B 機床的輸出信號觸發中間繼電器的線圈，繼電器線圈得電觸頭接通，此信號作為A 機床的輸入信號。以此類推，可以實現機床間多個信號的交換。

點到點通信方式配置最簡單，技術要求低，適用范圍廣，但是需要增加多芯電纜線和中間繼電器作為兩個系統連接橋梁，實施工作量大，通信不穩定，擴展不方便，如果要擴展，需要增加硬件。

2 PN-PN-Coupler 通信方式的應用

PN-PN-Coupler 用于連接兩個PROFINET 網絡進行數據交換，最多可以傳送256 個字節的輸入和256 個字節的輸出。它具有兩個PROFINET 接口，每個接口作為一個IO 設備連接到各自的PROFINET 系統中，PN-PN-Coupler 耦合的兩個PROFINET是相互獨立的，通信速率可以不同。它的每個PROFINET 接口作為一個獨立的IO 設備在網絡中有單獨的設備名字，而且兩個PROFINET 接口的更新時間可以不同，但是兩個網絡的通信數據區輸入/輸出方式必須相互對應。

圖1 點到點通信

下面以西門子兩個S7-300 作為控制器，使用PN-PN-Coupler 傳遞數據（圖2）。兩個S7-300 通過PROFINET 與ET200S、PG/OP 通信組成兩個PROFINET 系統，同時兩個S7-300 之間還需要進行實時數據交換。PN-PN-Coupler 在PROFINET 網絡1 中配置過程（圖3）如下。

圖2 PN-PN-Coupler 使用

圖3 PN-PN-Coupler 硬件配置

（1）打開STEP7，新建一個項目，命名為“TEST_PN_PN Coupler”。在項目中插入一個S7-300 站，完成硬件配置后，插入一條PROFINET 網絡，建成PROFINET IO 系統。

（2）從右側的硬件目錄中將對應的PN-PN-Coupler 拖拽至PROFINET-IO-System 下。

（3）配置設備名稱、更新時間、IP 地址。在硬件列表中有多個PN-PN-Coupler，在進行配置時一定要相對應，當前的S7-300 連接PN-PN-Coupler 的PROFINET X1 接口，因此要選擇PN-PN-Coupler X1 配置，否則會報錯。

以同樣的方法完成PN-PN-Coupler 在PROFINET 網絡2中配置。配置完成下載至CPU。

3 I-DEVICE 通信方式的應用

I-DEVICE 也叫智能設備或者智能IO 設備，一方面它作為上層控制器的IO 設備，也就是作為從站，另一方面作為下層IO設備的控制器，它本身就是CPU，可以將采集的數據進行邏輯運算，并且可以與上層IO 控制器間發送和接收數據，實現兩個控制器之間的通信。

下面以A_DEVICE 和B_DEVICE 兩臺設備通過I-DEVICE通信做配置，A 需要訪問B，首先在B 里面建立I-DEVICE 地址，生成GSD 文件，然后在A 里面添加B 生成的GSD 文件，兩臺設備就可以按照創建的地址進行通信。

打開STEP7 軟件，新建一個項目，命名為“TEST_I_DEVICE”。在項目中插入一個S7-300 站，命名為“A_DEVICE”，項目中再插入一個S7-300 站，命名為“B_DEVICE”。插入一條PROFINET 網絡，建成PROFINET IO 系統；在B_DEVICE 硬件組態對象屬性中新建I 設備，配置輸入輸出起始地址和長度，在菜單選項中點擊“為I 設備創建GSD 文件”，生成后保存并下載至CPU（圖4）。

圖4 B_device 配置

打開A_DEVICE 的硬件組態，在PROFINET-IO 下將生成的B-SLAVE 作為從站拖放至A_DEVICE 的總線上。這樣AB兩臺設備就可以按照設定的地址通信（圖5）。

圖5 A_device 配置

4 結束語

點到點通信方式操作簡單，使用范圍廣，但是需要增加多芯電纜線和中間繼電器。PN-PN-Coupler 通信方式數據交換方便，擴展容易且不要額外增加硬件，但是PN-PN-Coupler 模塊成本較高。I-DEVICE 通信方式同時兼備數據交換擴展方便，不需要增加任何硬件就可以實現，也是目前主流推薦使用的通信方式，但是I-DEVICE 配置和調試對技術人員要求高。現代汽車制造行業對自動化、智能化的要求越來越高，各個設備間的互聯尤為重要，充分應用上述3 種方案就能迎刃而解。