基于PLC通信網絡的物料呼叫系統設計

唐中燕

（華北電力大學 機械工程學院，保定 071003）

基于PLC通信網絡的物料呼叫系統設計

唐中燕

（華北電力大學 機械工程學院，保定 071003）

0 引言

采用流水線作業方式的自動生產線上，各個工位都需要一定品種和數量的物料。在生產中當物料供應不及時時，會由于物料短缺造成生產線工作中斷。為了有效防止這一現象的發生，設計滿足需要的物料呼叫系統是十分必要的。

物料呼叫系統在生產線的各工位應設置物料呼叫裝置，每個呼叫裝置的一次呼叫可申請該工位所需的一種物料（相應的配送量可事先確定）。在物料倉庫應設有呼叫顯示響應裝置或計算機顯示設備，倉庫送料員根據顯示出的呼叫信息向各工位配送物料。

根據系統的應用特點可知，各工位的呼叫信息要向物料倉庫的響應裝置傳送，而物料倉庫的響應信息要向各工位傳送。一般倉庫與工位之間相距會有數百米甚至更遠，如采用傳統的控制方法，要敷設的連接線太多，不僅材料消耗多，施工費用高，而且查對線路工作量也大，非常不經濟。若采用網絡通信技術，則只需通過一對現場總線就可以實現信號傳遞，充分展現了先進技術的優越性。本系統即基于歐姆龍PLC及其通信網絡技術進行設計的。

1 PLC通信網絡的構建

1.1 DeviceNet網絡

對于現場控制點比較分散卻要求集中控制的被控對象，常常選用由一臺PLC帶上遠程I/O系統構成的PLC控制系統。該遠程I/O系統屬于DeviceNet網絡，一般處于工業控制網絡的最底層，即現場設備層（實質是PLC控制網絡）。設備層網絡是對系統現場底層設備進行操作和管理的網絡，負責現場設備與主單元PLC之間的連接與通信，其從單元分布在設備附近，實現遠程I/O采集與控制。

DeviceNet網絡采用主干線與支線拓撲結構，由兩對屏蔽雙絞線實現網絡信號傳輸和網絡供電。允許帶電情況下接入或移走網絡中的節點，支持在線修改配置網絡。每個DeviceNet網絡上可以容納最多64個節點，每個節點支持的I/O數量沒有限制，如圖1所示為OMRON公司DeviceNet網絡的典型拓撲結構。

圖1 DeviceNet網絡拓撲結構

DeviceNet網絡協議的特點有：

1）客戶機/服務器模式；

2）支持點對點、主從或多主通信；

3）每個DeviceNet網絡可最多連接64個節點；

4）使用抽象的對象模型描述，提供I/O報文和顯式報文連接。

1.2 DeviceNet網絡的組網

DeviceNet網絡通信類型有兩種：遠程I/O通信和信息通信。與網絡通信類型相對應，OMRON的DeviceNet網絡組網方式有不帶配置器方式和帶配置器方式兩種。配置器可在線監視網絡狀態、配置DeviceNet網絡主單元、確定主/從單元隸屬關系以及為從單元分配地址空間等。組網后主單元PLC之間執行信息通信，主單元PLC與其隸屬的從單元之間進行I/O通信。這相當于將DeviceNet網絡作為公共總線，不但可節省布線，而且整合了各種控制功能。

本系統DeviceNet網絡組成如圖2所示。采用一主多從的形式。主單元包括CPU處理模塊CJ1GCPU42、電源模塊CJ1-PA204S、DeviceNet主單元模塊CJ1-DRM21和多個基本I/O模塊。各模塊依次插入總線槽而連在一起。各從單元包括小型PLC CPM2AH-40CDR 和通過I/O擴展連接器插槽連接的DeviceNet從單元模塊CPM2A-DRT21。根據實際需要，從單元也可以是一般的I/O終端、模擬量I/O終端、傳感器終端、溫度輸入終端等。

圖2 系統DeviceNet網絡組成

由于本網絡上只有一個主單元，隸屬關系簡單，固只需采用不帶配置器的組網方式。網絡模塊使用前均需做相應的設定，設定通過模塊面板上的相應開關進行。設定包括單元號、節點號、通信比特率等。主單元模塊的單元號、節點號均設定為默認值0，比特率設定值與各從單元應一致。各從單元模塊的節點號依次設定為0、1、2…，比特率設定值與主單元一致。

根據主單元模塊設定的單元號，PLC為其分配的內存工作區為：CIO1500～ CIO 1524，DM30000～ DM 30099。

1.3 遠程I/O地址分配

DeviceNet網絡從單元的節點地址管理是通過在主單元PLC的I/O區為其分配特殊空間實現的。從單元遠程I/O地址分配方法有兩種：固定分配和用戶分配。由于本網絡上只有一個主單元，固采用固定分配方法。

對于CJ1/CJS系列PLC而言，遠程I/O的固定分配地址被劃分為三個區域：CIO3200～ CIO 3363、CIO3400～ CIO 3563、 CIO3600～ CIO 3763。這里使CIO1500.08=1選擇區域1，則遠程I/O的地址分配如下：輸出映射區CIO3200～ CIO 3263、 輸入映射區CIO3300～ CIO 3363。

從單元PLC I/O通道分配如圖3所示。主單元與從單元之間內部連接共32點輸入（從→主），32點輸出（主→從），即主單元輸出映射區與從單元輸入通道對應，主單元輸入映射區與從單元輸出通道對應，主單元PLC與各從單元PLC之間所建立的地址映射關系如圖4所示。DeviceNet遠程I/O通信功能使得在主單元PLC和從單元PLC之間能按照此映射關系自動進行I/O數據傳送，即主單元PLC可以直接讀寫從單元的I/O點。

圖3 從單元PLC I/O通道分配

圖4 主單元與各從單元間地址映射關系

2 主單元與從單元的系統設計

2.1 主單元與從單元硬件構成

本系統從單元位于車間生產線，每一從單元PLC管理八個工位的呼叫裝置，負責采集呼叫按鈕信息、消號按鈕信息，控制呼叫響應指示燈、超時報警指示燈。一個從單元需向主單元傳遞的信息有呼叫狀態、消號狀態、超時狀態等。主單元位于物料倉庫，對生產線各工位的物料呼叫信號及時進行處理，管理呼叫信號顯示響應裝置，負責采集呼叫響應按鈕信息，控制呼叫顯示指示燈、超時報警指示燈與喇叭。主單元向每一從單元傳遞的信息有呼叫響應狀態、消號響應狀態等。在物料倉庫還可設置計算機、顯示器、打印機等設備。計算機與主單元PLC進行串行通信，接收物料呼叫系統的數據信息，利用計算機配有的工業控制組態軟件，可將呼叫、響應、報警等信息實現直觀的動態畫面顯示，還可按照物料管理的要求打印顯示制表等。系統硬件構成如圖5所示。

圖5 系統硬件構成

2.2 主單元與從單元的程序設計

遠程I/O通信不需要編寫通信程序，可在DeviceNet網絡主單元的PLC與從單元PLC之間自動傳送數據。所以控制程序設計主要是根據系統工作流程編制實現信息采集、判斷、處理與控制的控制程序。系統工作流程如圖6所示。主單元PLC控制程序流程圖如圖7所示。從單元PLC控制程序流程圖如圖8所示。

主單元PLC控制程序與從單元PLC控制程序相互獨立同時運行，分別對呼叫、響應信號及時進行處理，完成呼叫、響應、報警等功能。主單元PLC與從單元PLC間的數據傳遞通過網絡自動進行，且與上面兩個程序的運行是同步的。

圖6 系統工作流程

圖7 主單元PLC控制程序流程

主單元PLC控制程序中的“有呼叫”、“有消號”、“有超時”幾個選擇判斷即判斷從單元傳遞過來的呼叫狀態、消號狀態、超時狀態（遠程I/O數據采集）。根據采集的遠程I/O信號及本地的I/O信號，對相應狀態位做出處理，即可更新并輸出遠程I/O控制信號。

圖8 從單元PLC控制程序流程

從單元PLC控制程序中的“有呼叫響應”、“有消號響應”、兩個選擇判斷即判斷主單元傳遞過來的呼叫響應狀態、消號響應狀態。根據接收的遠程I/O信號及本地I/O信號，對相應狀態位做出處理，即可更新遠程I/O數據同時實現遠程I/O控制。

3 結束語

本物料呼叫系統已應用于某企業生產線上。應用表明系統具有以下的特點：

1）各從單元及其呼叫裝置按生產班組、工段進行布置，倉庫呼叫顯示響應裝置與物料管理分工相一致，管理十分方便。

2）系統可以隨時增減從單元，且可并接多個從單元，每個從單元又可以管理控制多個呼叫裝置，能夠方便滿足數百種物料呼叫需求。

為了滿足現代化企業物流管理的需求，可將該系統功能進一步擴充。通過與主單元連接的計算機，物料呼叫系統的數據信息可進入企業局域網，成為企業管理信息系統的一重要組成部分。還可通過為每臺從單元預留I/O接口，將生產過程中的安全、質量等信號引入管理系統，以適應企業管理發展的需求。

[1]祖龍起,姜永芹.可編程控制器網絡系統應用案例[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]OMRON.可編程控制器 編程手冊.

[3]OMRON.可編程控制器 操作手冊.

Design of materiel call system base on PLC communication network

TANG Zhong-yan

利用歐姆龍PLC（可編程控制器） 及其DeviceNet網絡遠程I/O技術，組成了應用于自動生產線上的物料呼叫系統。針對系統控制過程與特點，說明了DeviceNet網絡配置構建、網絡中主單元與各子單元間的數據傳遞方法、系統硬件構成與控制程序設計。

PLC；通信網絡；遠程I/O；控制程序

唐中燕（1960 -），女，河北保定人，副教授，本科，研究方向為微機控制技術。

TN915

A

1009-0134(2011)4(上)-0054-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).18

2010-09-25