1 項(xiàng)目背景

　　武漢重型機(jī)床集團(tuán)有限公司生產(chǎn)制造的某專用數(shù)字 開孔系統(tǒng)，在主機(jī)動(dòng)力頭上安裝有噴墨劃線裝置，該劃線 裝置是無錫新閃聯(lián)信息科技有限公司應(yīng)武重要求特殊定制 的新型產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)劃線裝置的自動(dòng)抓取，對工件的找 正、加工孔的定位、余量的判定等具有引導(dǎo)作用，是整個(gè) 數(shù)字開孔系統(tǒng)自動(dòng)化加工的重要一環(huán)(圖1)。

劃線裝置噴墨軟件的數(shù)據(jù)通訊方式為Socket(TCP/ IP)，端口號(hào)為：8045。噴墨軟件為Server端，噴墨軟件 啟動(dòng)后，Client即可連接。編碼方式：UTF-8。16進(jìn)制末尾 加換行符為0D0A。

　　噴墨軟件的主要控制要求有：啟動(dòng)打印、停止打印 (表1)。

　　該劃線裝置除噴墨軟件需要啟動(dòng)及停止外，還需要噴 墨的硬觸發(fā)信號(hào)，在初次設(shè)計(jì)時(shí)依靠NCU的PLC 來控制繼電器的觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)，但需要在主機(jī)動(dòng)力頭與劃線裝置上增加 額外的對接插頭來實(shí)現(xiàn)，該機(jī)床無法再增加對接插頭，為 此進(jìn)行了改進(jìn)行性設(shè)計(jì)，在劃線裝置內(nèi)增加了北京科瑞興 業(yè)科技有限公司的K-8623E系列以太網(wǎng)測控模塊(圖2)， 

通過TCP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出的監(jiān)控。無論是噴墨軟 件，還是噴墨的硬觸發(fā)物理上均只需要一根網(wǎng)線，大大地 簡化了控制線路。

　　以太網(wǎng)測控的通訊方式為Socket(TCP/IP)，端口 號(hào)默認(rèn)為8000和502，該IO卡為Server端，IO卡啟動(dòng)后，

　　Client即可連接。編碼方式：UTF-8。PLC或上位機(jī)為Client 端。通過TCP通訊下發(fā)啟動(dòng)對應(yīng)輸出點(diǎn)，比如發(fā)送“@ A1@”控制輸出點(diǎn)1打開。當(dāng)輸入點(diǎn)有信號(hào)輸入時(shí)，IO卡發(fā) 送對應(yīng)字符到Client端。例如當(dāng)輸入點(diǎn)2有信號(hào)輸入時(shí)，IO 卡向Client端發(fā)送“@b2@”。

　　IO卡數(shù)字量輸出點(diǎn)1、2、3控制上位機(jī)噴墨動(dòng)作，分別 定義為：噴墨觸發(fā)、UV燈、閃噴。

　　IO卡數(shù)字量輸入1、2 收來自上位機(jī)的信號(hào)定義為缺墨 報(bào)警、噴碼完成(表2)。

　　2 TCP通訊連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置

　　(1)840DSL數(shù)控系統(tǒng)的配置

　　武重研制的數(shù)字專用開孔專機(jī)具有找正系統(tǒng)、機(jī)器視 覺系統(tǒng)、劃線裝置等多種自動(dòng)化設(shè)備，所有的自動(dòng)化設(shè)備 均通過交換機(jī)與NCU的X130網(wǎng)絡(luò)端口連接，實(shí)現(xiàn)S7通訊、 TCP通訊等，為此需要對X130口進(jìn)行配置，針對劃線裝置 需要將端口8045、8000、502添加至防火墻例外。對X130 口的網(wǎng)絡(luò)接口的定義配置，可以通過WinSCP軟件開卡CF里 的定義文件來完成，也可以進(jìn)入到840DSL數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的 HMI來完成，進(jìn)入內(nèi)置的HMI可視化效果更好，如圖3、圖4 所示。該機(jī)床X130的IP地址設(shè)為192.168.100.10。

　　(2)S7-300 TCP 連接PLC側(cè)配置

　　打開S7-300 PLC 工程文件，點(diǎn)擊菜單欄“Option”下 拉列表的“Configure Network”的選項(xiàng)，進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)配置 界面(圖5)。

　　在網(wǎng)絡(luò)配置界面中，點(diǎn)擊“CPU 317F-3 PN/DP”，

　　圖 3 X130 網(wǎng)口 IP 地址預(yù)覽

　　圖 4 X130 網(wǎng)口端口配置

　　圖 5 S7-300：Configure Network

　　圖 6 S7-300：創(chuàng)建 TCP 連接

　　圖 7 S7-300 PLC 作客戶端主動(dòng)連接

　　分別創(chuàng)建兩個(gè)“TCP Connection”，ID號(hào)分別為1和2。 由于劃線裝置和以太網(wǎng)測控模塊均作服務(wù)器,NCU的PLC 作客戶端，故兩個(gè)“TCP Connection”的連接屬性均需要 選中“Active connection establishment”(圖6)。通 過使用TCP IP仿真工具測試，840DSL數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置的S7- 300也能作服務(wù)器與上位機(jī)進(jìn)行通訊，此時(shí)不勾選“Active connection establishment”即可(圖7)。

　　TCP連接1是PLC與劃線裝置噴墨軟件的通訊，其IP地址 及端口如圖8(a)所示。

　　TCP連接2是PLC與以太網(wǎng)測控模塊的通訊，其IP地址及 端口如圖8(b)所示。

　　在配置完網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后需要將其下載至PLC中，在下載的 過程中建議PG與PLC的網(wǎng)線連接至X130口，并在網(wǎng)絡(luò)配置 界面下進(jìn)行下載，不要在硬件組態(tài)中的界面下進(jìn)行下載， 否則可能會(huì)下載失敗，導(dǎo)致實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)未進(jìn)行更改;

　　圖 8(a) TCP 連接 1 的 IP 地址及端口設(shè)置

　　圖 8(b) TCP 連接 2 的 IP 地址及端口設(shè)置

　　另外在下載過程中需要耐心等待，若未等待下載自結(jié)束而 重啟了PLC，則很可能引起PLC死機(jī)，此后又需進(jìn)行PLC的總 清恢復(fù)，甚是麻煩。

　　3 PLC程序的編寫

　　840DSL 提供標(biāo)準(zhǔn)的FC1005功能塊，將數(shù)據(jù)傳輸至 以太網(wǎng)CP以及FC1006功能塊，從以太網(wǎng)CP接受數(shù)據(jù)，在 《SINUMERIK 840D sl基本功能》手冊中，有對兩個(gè)功能塊的 描述，在調(diào)用功能塊的過程中，需要注意兩點(diǎn)：1 ID號(hào)的設(shè) 置，該ID號(hào)與PLC硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)中所設(shè)置的ID號(hào)一一對應(yīng)。2 其功能塊的接口參數(shù)LADDR：= W#16#8110，是基于840DSL 數(shù)控系統(tǒng)的固定值，其設(shè)定值與通用性PLC不一樣。

　　從劃線裝置和以太網(wǎng)測控模塊的接口需求分析，PLC 與上位機(jī)的通訊，其數(shù)據(jù)內(nèi)容均為字符串格式。針對噴 墨軟件其控制流程如下：當(dāng)NC執(zhí)行M64代碼時(shí)，將字符 串“@StartPrint@$R$L”存儲(chǔ)到待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū);而當(dāng)NC 執(zhí)行M65代碼時(shí)，將字符串“@StopPrint@$R$L”存儲(chǔ)到 待發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū);該數(shù)據(jù)傳輸過程中完成后，經(jīng)過FC1005 功能塊將待發(fā)數(shù)據(jù)傳輸至以太網(wǎng)CP，劃線裝置接收到“@ StartPrint@$R$L”數(shù)據(jù)時(shí)將啟動(dòng)噴墨軟件，接收到“@ StopPrint@$R$L”數(shù)據(jù)時(shí)將停止噴墨軟件(圖9)。在S7- 300 PLC 中定義的DB數(shù)據(jù)塊中，String類型的Byte0用于 存儲(chǔ)字符串的長度，Byte1用于存儲(chǔ)字符串的實(shí)際長度，自 Byte2字節(jié)開始才為字符串的實(shí)際內(nèi)容。

　　為了實(shí)現(xiàn)字符串的復(fù)制功能，可引用西門子S7-300 標(biāo)準(zhǔn)庫“Standard Library”中的“TI-S7 Converting Blocks”中的FC81(IBLKMOV)功能塊，在實(shí)際使用中為 了不與PLC項(xiàng)目中的其它塊相沖突，從標(biāo)準(zhǔn)庫復(fù)制后需要重命名。

　　圖 9 啟動(dòng)停止噴墨軟件流程圖

　　圖 10 Pointer 數(shù)據(jù)類型的格式

　　FC81的輸入接口“S_DATA”、“LEN”、“D_DATA”參 數(shù)皆為“Pointer”類型，共占用6個(gè)字節(jié)，“Pointer”指針 類型格式如圖10所示。

　　其中Byte0和Byte1用來表示數(shù)據(jù)塊(DB)的編號(hào)， 如果指向的存儲(chǔ)區(qū)不是DB塊，則值為0;Byte2是要訪問的 存儲(chǔ)區(qū)的代碼(Memory Area Code);Byte3的低3位、 Byte4和Byte5的高5位用來表示變量的字節(jié)地址;Byte5的 低3位表示變量的位的地址。

　　在PLC中創(chuàng)建DB652數(shù)據(jù)塊，如圖11所示。字符串 “StartPrintStr”中的初始值為“@StartPrint@$R$L”， 字符串的首地址指針為#P0.0,;字符串“StopPrintStr”中 的初始值為“@StopPrint@$R$L”，字符串的首地址指針 為P#64.0。兩種情況下具有實(shí)際字符信息的地址分別為 P#2.0, P#66.0。向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù) “Sendata”的首 地址為P#136.0。

　　// StartPrint，F(xiàn)C651的源數(shù)據(jù) L 652

　　T DB652.DBW 266 //指定DB數(shù)據(jù)號(hào)

　　L P#DBX 2.0

　　T DB652.DBD 268

　　//StopPrint，F(xiàn)C651的源數(shù)據(jù) L 652

　　T DB652.DBW 272 L P#DBX 66.0

　　T DB652.DBD 274

　　// FC651的目標(biāo)數(shù)據(jù),發(fā)送給上位機(jī) L 652

　　T "LineationData".SendDataDBNum L P#DBX 136.0

　　T "LineationData".SendDatatDBPtrValue

　　調(diào)用“IBLKMOV”功能塊實(shí)現(xiàn)字符串復(fù)制功能的程序段 如圖12所示。

　　西門子840DSL數(shù)控系統(tǒng)的FC1005、FC1006與S7 - 300 PLC 中“SIMATIC_NET_CP”標(biāo)準(zhǔn)庫中的FC5(AG_ SEND)、FC6(AG_RECV)大體相似。