摘要：螺旋焊管預(yù)精焊機(jī)組主機(jī)區(qū)包含很多設(shè)備，若使用一個(gè)IO控制器對(duì)主機(jī)區(qū)進(jìn)行控制，對(duì)控制機(jī)本身硬件要求比較高，程序上實(shí)現(xiàn)起來(lái)也很復(fù)雜；若每個(gè)設(shè)備使用一個(gè)IO控制器，則控制器之間的數(shù)據(jù)通訊比較難實(shí)現(xiàn)。本文主要介紹了智能IO通訊，智能IO通訊的從站既可以作為CPU實(shí)現(xiàn)本單元生產(chǎn)工藝的處理，又可以作為從站與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。使用該通訊方式可以很好解決精焊機(jī)組主機(jī)區(qū)的問(wèn)題。

TheapplicationofIdevices’communicationinSAWHPre-weldingOperationLine

關(guān)鍵字：預(yù)精焊，PLC，智能IO設(shè)備，PROFINETt通訊

1前言

預(yù)精焊車間主機(jī)區(qū)設(shè)備包括鋼卷準(zhǔn)備站、前橋、銑邊機(jī)、成型預(yù)焊、后橋切割等設(shè)備，這些設(shè)備都是通過(guò)PLC進(jìn)行控制。整個(gè)主機(jī)區(qū)這些設(shè)備并不是相互獨(dú)立的，通過(guò)相互協(xié)作才能完成鋼管的生產(chǎn)[1]。如果整個(gè)主機(jī)使用一個(gè)IO控制器對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程控制，這對(duì)IO控制器的計(jì)算能力要求特別高，此外，該系統(tǒng)的程序也會(huì)特備復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較困難；如果每個(gè)設(shè)備都使用一個(gè)IO控制器進(jìn)行控制，程序比較容易實(shí)現(xiàn)，但控制器之間的數(shù)據(jù)通訊將會(huì)是一個(gè)難點(diǎn)。

智能IO通訊就可以非常容易的解決該問(wèn)題，主機(jī)區(qū)的鋼管生產(chǎn)過(guò)程按工藝細(xì)分為幾部分，選擇其中一部分作為主站，其余的各部分作為智能IO從站，可以進(jìn)行各自的編程處理，這樣，智能IO從站既可以作為CPU實(shí)現(xiàn)本單元生產(chǎn)工藝的處理，又可以作為從站與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

2智能IO介紹

西門子PROFINET的CPU支持智能IO設(shè)備功能，即該設(shè)備同時(shí)作為IO控制器和IO設(shè)備[2]。智能IO設(shè)備不但可以作為一個(gè)智能處理單元處理生產(chǎn)工藝的某一過(guò)程，而且可以和IO控制器之間交換過(guò)程數(shù)據(jù)。因此，智能設(shè)備作為一個(gè)IO設(shè)備連接一個(gè)上層IO控制器，智能設(shè)備的CPU通過(guò)自身的程序處理某段工藝過(guò)程，相應(yīng)的過(guò)程值發(fā)送至上層的IO控制器再做相關(guān)的處理。

使用智能IO設(shè)備進(jìn)行通訊，只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的IO控制器的連接就可以實(shí)現(xiàn)通訊，無(wú)需額外的硬件設(shè)備和軟件工具。這種通訊方式不僅可以實(shí)時(shí)通信，還支持等時(shí)實(shí)時(shí)通信。由于智能IO設(shè)備具有計(jì)算能力，這樣對(duì)主站IO控制器的計(jì)算能力要求也就減少了。智能IO設(shè)備可以處理本地過(guò)程數(shù)據(jù)，減少了與主站的通信負(fù)荷。

進(jìn)行智能IO設(shè)備通訊時(shí)，應(yīng)當(dāng)特別注意組態(tài)的傳輸?shù)刂穮^(qū)域。智能設(shè)備的總帶寬為傳輸?shù)刂穮^(qū)域帶寬與自身IO系統(tǒng)帶寬之和[3]，如果傳輸區(qū)域帶寬過(guò)大，會(huì)影響自身IO系統(tǒng)的實(shí)時(shí)通信。

3預(yù)精焊主機(jī)區(qū)的智能IO通訊

預(yù)精焊主機(jī)區(qū)的設(shè)備通過(guò)前橋進(jìn)行連接，可以將前橋作為主站IO控制器，這里采用CPU319-3PN/DPv3.2，其余的設(shè)備作為智能IO從站，根據(jù)各個(gè)設(shè)備的功能選擇CPU317或者CPU315。主IO控制器通過(guò)SCALANCEX116交換機(jī)與智能IO從站連接，其PROFINET網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如下圖所示。

圖1主機(jī)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

3.1從站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

對(duì)于整個(gè)主機(jī)區(qū)的智能IO是作為一個(gè)從站，但在從站網(wǎng)絡(luò)中，智能IO設(shè)備是作為IO控制器來(lái)使用的，需要在程序中進(jìn)行硬件組態(tài)。智能IO從站的硬件組態(tài)基本相同，下面以后橋設(shè)備為例介紹其組態(tài)方法。智能IO設(shè)備功能需要Step7V5.5版本才能使用，在該Step7中才能完成從站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的智能設(shè)備硬件組態(tài)，按照?qǐng)D2所示進(jìn)行組態(tài)，圖中PROFIBUS和PROFINET從站按設(shè)備具體需要進(jìn)行組態(tài)。

圖2后橋硬件組態(tài)圖

雙擊該站CPU317-2PN/DP的硬件組態(tài)中的X2槽PN-IO，彈出其屬性對(duì)話框，選擇“I-Device”標(biāo)簽頁(yè)，激活“I-devicemode”選項(xiàng)，在這里不需要激活“ParameterassignmentforthePNinterfaceanditsportsonthehigher-levelIO-controller”和“Operateashigher-levelshareddevice”兩個(gè)選項(xiàng)，其中這兩個(gè)參數(shù)前者表示PN接口和端口的屬性參數(shù)由上層IO控制器分配；后者表示該智能設(shè)備可以作為共享設(shè)備。

圖3后橋PN-IO屬性對(duì)話框

點(diǎn)擊傳輸區(qū)域（Transferarea）下方的“New”按鈕，創(chuàng)建IO控制器和智能設(shè)備之間數(shù)據(jù)通信的傳輸區(qū)域。傳輸區(qū)域有2種類型，一種是應(yīng)用（Application）傳輸區(qū)域，即控制器訪問(wèn)智能設(shè)備的用戶程序接口。另一種是I/O傳輸區(qū)域，即控制器可以直接訪問(wèn)智能設(shè)備的IO，而智能設(shè)備不能處理該IO。由于CPU319F-3PN/DP不支持I/O傳輸區(qū)域，這里使用應(yīng)用傳輸區(qū)域，分別創(chuàng)建輸入地址區(qū)和輸出地址區(qū)為2個(gè)字節(jié)（如下圖3所示），然后對(duì)硬件組態(tài)進(jìn)行保存和編譯。

在硬件組態(tài)界面中選擇菜單“Options”、“CreateGSDfileforI-device”，為前橋系統(tǒng)的IO控制器創(chuàng)建智能設(shè)備的GSD文件。點(diǎn)擊后彈出彈出創(chuàng)建智能設(shè)備GSD文件對(duì)話框，如下圖4所示，更改名稱為RunOff-PN-IO，點(diǎn)擊“Create”按鈕，系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)GSD文件并顯示在“GSDfile:”后，然后點(diǎn)擊“Install”按鈕，安裝剛生成的GSD文件到Step7硬件組態(tài)列表中。至此完成從站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。其他智能從站同樣按此步驟進(jìn)行組態(tài)。

圖4創(chuàng)建智能設(shè)備GSD文件

3.2前橋主站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

圖5智能IO設(shè)備硬件列表

在Step7中對(duì)主站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行硬件組態(tài)。對(duì)于智能IO設(shè)備的組態(tài)，與標(biāo)準(zhǔn)IO設(shè)備類似，從硬件列表中（上圖5所示）拖入上述創(chuàng)建的GSD文件即可，組態(tài)的網(wǎng)絡(luò)如下圖6所示。

圖6前橋硬件組態(tài)圖

組態(tài)中需要設(shè)置智能從站的的輸入輸出地址，在從站網(wǎng)絡(luò)組態(tài)章節(jié)3.1中設(shè)置的兩個(gè)字節(jié)的輸入和輸出，在該系統(tǒng)中分別對(duì)應(yīng)后橋智能IO設(shè)備的輸出和輸入（如圖7所示），即主站的PIW156對(duì)應(yīng)后橋系統(tǒng)中個(gè)PQW256，主站的PQW156對(duì)應(yīng)后橋系統(tǒng)中的PIW256。

圖7后橋智能IO的輸出和輸入配置

至此，整個(gè)主機(jī)區(qū)系統(tǒng)的硬件組態(tài)已經(jīng)全部完成，下面介紹下通過(guò)編寫程序完成主從站的數(shù)據(jù)通訊。

3.3主站與智能從站間的通訊

完成硬件組態(tài)后，不需要額外增加硬件設(shè)備，僅需要通過(guò)編寫程序，就能夠完成智能IO與主站IO控制器數(shù)據(jù)通訊。以遠(yuǎn)程控制后橋油泵啟動(dòng)為例，介紹主站與智能從站的數(shù)據(jù)通訊。主站定義油泵啟動(dòng)輸入點(diǎn)位I0.0，前橋主站IO控制器的程序如下圖8所示。

圖8前橋主站程序圖

根據(jù)3.2章節(jié)介紹的對(duì)應(yīng)關(guān)系，前橋區(qū)發(fā)送的遠(yuǎn)程控制信號(hào)PQW156與后橋的PIW256相對(duì)應(yīng)，因此，前橋主站與后橋智能IO從站數(shù)據(jù)通訊的程序如下圖9所示。

圖9后橋智能從站程序圖

4智能IO通訊的應(yīng)用情況

相比預(yù)精焊車間里其他的IO控制器間的通訊方式，例如通過(guò)DP-Coupler進(jìn)行通訊等，智能IO通訊無(wú)需額外的軟硬件，僅僅通過(guò)軟件配置就可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的IO控制器的連接。該智能通訊方式在預(yù)精焊分廠主機(jī)區(qū)已經(jīng)應(yīng)用了兩年多的時(shí)間，通訊穩(wěn)定可靠，使用效果良好，能夠滿足預(yù)精焊主機(jī)區(qū)各設(shè)備之間數(shù)據(jù)通訊的要求。

智能IO的使用將主機(jī)區(qū)的所有設(shè)備利用網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，形成了一個(gè)大系統(tǒng)，這便于設(shè)備日常維護(hù)管理。由于智能IO從站的程序存儲(chǔ)在各自的Step7項(xiàng)目中，這為以后的設(shè)備改造提供了極大的便捷性和足夠的空間。