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、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)議來解決實時通信難題，介紹了PPI通信網(wǎng)絡(luò)的配置方法，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問題解決的具體實施方法。詳細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現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 PPI協(xié)議；實時通信；S7-200；PLC程序

中圖分類號 TP3 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）197-0068-02、

在FMS運行時，單元層與設(shè)備層之間的實時通信是關(guān)鍵，及時準確地獲取生產(chǎn)過程中的信息對上位機至關(guān)重要。文中通過使用PPI通訊協(xié)議來解決實時通信難題，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問題解決的具體實施方法[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)。從站不主動發(fā)信息，只是等待主站的要求和對要求做出響應(yīng)。多臺S7-200 CPU網(wǎng)絡(luò)通訊時，利用PPI通訊協(xié)議進行通訊，只用NETR和NETW兩條語句即可進行數(shù)據(jù)信號的傳遞，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遞階式通信結(jié)構(gòu)。設(shè)備層主要負責(zé)對設(shè)備進行實時控制、信息采集和信息反饋。單元層負責(zé)加工信息的采集、處理和儲存，工作計劃的制定、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工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)，采用TCP/IP協(xié)議，簡單實用，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?，管理層用戶可通過以太網(wǎng)與單元層相聯(lián)，將生產(chǎn)任務(wù)、計劃的變更、數(shù)控代碼以及工藝路線等信息通過以太網(wǎng)傳遞給單元層。該通信方法具有快捷、簡單、投入成本低的特點。在該FMS中，管理層的主要功能是瀏覽加工信息，單元層把采集來的加工信息存放到單元層控制計算機中的加工信息數(shù)據(jù)庫中，管理層計算機通過局域網(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：鏈式運輸機控制柜，數(shù)控車床機械手控制柜，數(shù)控銑床機械手控制柜，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通訊方式實現(xiàn)，數(shù)控代碼的傳輸主要通過DNC接口實現(xiàn)。

在該FMS中，單元層的上位機作為主站與另外3個PLC通過PPI網(wǎng)絡(luò)連接在一起，其中鏈式運輸機PLC在編程時被定義為了主站，其他兩個機械手PLC作為從站，通過網(wǎng)絡(luò)連接器與主站PLC連接，同時主站PLC又通過PC/PPI電纜與單元層控制上位機通信，組建成一個多主站多從站的PPI網(wǎng)絡(luò)。

鏈式運輸機PLC的主要功能：準確判斷工件編號以及所需要的加工機床，把運輸機上工件準確的運送到加工機床前。另外鏈式運輸機PLC作為主站還需要與另外兩個PLC不斷交換信息，鏈式運輸機PLC利用網(wǎng)絡(luò)讀指令收集數(shù)控車床機械手、數(shù)控銑床機械手動作信息，以及每個機床的加工狀態(tài)信息，并把這些信息傳遞給上位機。同時上位機下達動作命令到鏈式運輸機PLC，鏈式運輸機PLC在通過網(wǎng)絡(luò)寫指令把這些命令傳遞給另外兩個PLC。

數(shù)控車床機械手PLC和數(shù)控銑床機械手PLC主要功能：其控制各自的機械手準確動作，采集加工過程中的各種信息，并存放在各自的信息存儲單元中，以便鏈式運輸機PLC及時、準確地讀取。另外他們還要與數(shù)控機床的控制系統(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。上位機通過組態(tài)軟件MCGS編制組態(tài)界面，實現(xiàn)加工過程的實時監(jiān)控，同時通過組態(tài)軟件中的設(shè)備組態(tài)實現(xiàn)實時與主站PLC交換加工信息。在組態(tài)界面中的操作指令通過PC/PPI電纜傳輸?shù)街髡綪LC中，主站PLC在把這些信息傳達到從站中，由從站的I/O設(shè)備執(zhí)行動作。

建立多主站多從站的PPI網(wǎng)絡(luò)不僅能夠滿足高速、準確、可靠的要求，而且組建簡單、經(jīng)濟、易維護，達到了高速、準確、可靠。

2.3 單元層與數(shù)控系統(tǒng)之間的通信

在FMS中，由CNC接口實現(xiàn)單元控制器與加工機床之間的通信?？刂葡到y(tǒng)對數(shù)控機床機械手抓取工件和自行改造的機床夾具和機床氣動門的動作進行控制和檢測。更要根據(jù)控制要求下達啟動命令，檢測程序結(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床的強電開關(guān)動作，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在控制開關(guān)量動作或接觸器動作。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，需進行改造。即把數(shù)控車床控制系統(tǒng)的啟動加工信號與數(shù)控車床系統(tǒng)的啟動按鈕并聯(lián)，從而在不用更動機床原有控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)單元控制器與機床的通信。在加工程序完成后，退刀程序始終讓XY工作臺退到固定位置，以便觸發(fā)開關(guān)信號，說明加工完成。實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)與其控制系統(tǒng)的通信。

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

3 結(jié)論

本文使用PPI通訊協(xié)議來解決實時通信難題，介紹了PPI通信網(wǎng)絡(luò)的配置方法，提出了單元層與設(shè)備層之間通信問題解決的具體實施方法。詳細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現(xiàn)。

參考文獻

[1]《柔性制造系統(tǒng)》編委會.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：機械工業(yè)出版社，2001.endprint