基于PPI網(wǎng)絡(luò)通信的自動化生產(chǎn)線聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)

文/張文岳 賈維 張晶

在當(dāng)前的自動化生產(chǎn)線中，應(yīng)用最為廣泛的是西門子公司S7-200系列的自動控制系統(tǒng)。為了優(yōu)化S7-200系列的運(yùn)行效能，西門子公司開發(fā)出了S7-200系列所專屬的通信協(xié)議--PPI，一種更加高效的主-從站通信協(xié)議。在PPI網(wǎng)絡(luò)通信模式下，可以在確保各器件之間有效通信的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線的高效聯(lián)調(diào)，進(jìn)而有效提升生產(chǎn)的效能。同時，通過對程序進(jìn)行科學(xué)合理的優(yōu)化，有效解決自動化運(yùn)行中存在的問題，從而保證自動化生產(chǎn)線的高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)效能的有效提升。

1 PPI網(wǎng)絡(luò)通信概述

所謂PPI（Point-to-Point），是指西門子公司為S7-200系列PLC所開發(fā)的專屬通訊協(xié)議。PPT通信協(xié)議是指主站將數(shù)據(jù)要求發(fā)送至從站，并通過從站對信息作出響應(yīng)。其中，從站是不進(jìn)行信息的發(fā)送的，因而只相當(dāng)于一種主站的信息接收器以及執(zhí)行器，不能對主站的器件產(chǎn)生影響。在實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶只需通過主站程序即可對子站進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的讀寫，而從站程序則不必要執(zhí)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息的讀寫。因而用戶只需在主站程序上進(jìn)行相關(guān)操作即可，從站則主要進(jìn)行相關(guān)指令的讀取與執(zhí)行。此外，PPI通信協(xié)議本質(zhì)上也是一種異步協(xié)議，在PPI通信環(huán)網(wǎng)中所有數(shù)據(jù)信息的傳輸都是建立在字符的基礎(chǔ)之上，然后通過RS232以及USB接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，因而數(shù)據(jù)傳送的速度也是較為迅捷的，基本上都可以實(shí)現(xiàn)大于1.3kbps的傳輸速度，在數(shù)據(jù)傳輸時間上實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。除此之外，相較于傳統(tǒng)模式中的總控系統(tǒng)模式，PPI是基于多環(huán)節(jié)分控的工業(yè)化自動控制體系的設(shè)計構(gòu)想所優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。在PPI通信網(wǎng)絡(luò)中，由于其相對分散的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，在信息傳輸過程中相對比較容易實(shí)現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)輸出，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間通信的便捷化，優(yōu)化了工業(yè)化生產(chǎn)體系，為自動化生產(chǎn)線的聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而提升工業(yè)化自動化流水線作業(yè)的生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)質(zhì)量。基于PPI通訊網(wǎng)絡(luò)如此顯著的優(yōu)勢，現(xiàn)在PPI網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中投入使用的范圍也更加廣泛，這一信息技術(shù)在未來工業(yè)化生產(chǎn)中的發(fā)展也很人們值得期待。

2 PPI通信網(wǎng)絡(luò)的具體配置類型

目前投入運(yùn)行的PPI網(wǎng)絡(luò)基本上都是建立在總線基礎(chǔ)之上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型，進(jìn)而在這種結(jié)構(gòu)模式之下衍生出多種類型的通信架構(gòu)。PPI通信網(wǎng)絡(luò)是通過S7-200CPU自帶的內(nèi)置接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)模W(wǎng)線一般是采用標(biāo)準(zhǔn)化的RS-485雙股電纜線。在實(shí)際運(yùn)行過程中，PPI網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行頻率最大可以達(dá)到187.5kbps。在PPI通信網(wǎng)絡(luò)中，主站的數(shù)量最多不可多于32個，而從站的數(shù)量則可以根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)行設(shè)置以及擴(kuò)增。首先，針對單一主站的PPI網(wǎng)絡(luò)通信模型，主要配置由以下幾個部分構(gòu)成，即主站的HMI設(shè)備，帶有STEP7-Micro的PC或者PG，以及一個或多個可以充當(dāng)主站的S7-200CPU。其次，針對擁有多個主站的PPI網(wǎng)絡(luò)通信模型，要求每一個單一的主站與任意一個從站之間都可以建立起有效的通信關(guān)系，同時主站也需要和CPU進(jìn)行有效的通信，保證多主站模式下系統(tǒng)設(shè)備之間良好的通訊關(guān)系。此外，還有一種配置相對更加復(fù)雜的PPI網(wǎng)絡(luò)通信模式。為了應(yīng)對龐雜的數(shù)據(jù)信息，在這種PPI通信架構(gòu)之下，需要對現(xiàn)有的S7-200CPU進(jìn)行一定的設(shè)計，從而保證設(shè)備之間享有相應(yīng)的對等通信。即主站與從站之間進(jìn)行通信的雙方都具有相對等的權(quán)限，在被服務(wù)的同時可以為對方提供相對等的服務(wù)。在當(dāng)前投入使用的PPI網(wǎng)絡(luò)模型中，主站用戶在對從站發(fā)出數(shù)據(jù)信息指令之后，還需要接受來自從站的信息反饋，并且對其進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，以此來判斷下游的設(shè)備器件在運(yùn)行過程中是否存在問題，對于出現(xiàn)障礙的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行及時的檢修與維護(hù)，排除生產(chǎn)過程中存在的問題于故障，進(jìn)而保障工業(yè)自動化生產(chǎn)線運(yùn)行過程中各項(xiàng)設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 PPI網(wǎng)絡(luò)通信自動化生產(chǎn)線聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)的整體設(shè)計

PPI網(wǎng)絡(luò)在自動化生產(chǎn)線中的設(shè)計主要可以分為以下幾個步驟：首先，設(shè)置器件的工作端口地址，不同的端口名稱可以表示在自動化生產(chǎn)線中承擔(dān)的功能。其次，編輯主站與從站之間的程序，進(jìn)行生產(chǎn)線的有效監(jiān)控，保障生產(chǎn)線正常的運(yùn)行。此外，實(shí)現(xiàn)端口與電纜之間有效的連接，最終實(shí)現(xiàn)整個PPI通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。

3.1 設(shè)置主站與從站之間的數(shù)據(jù)傳輸指令

在自動化生產(chǎn)線運(yùn)行過程中，主站主要的任務(wù)是進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的讀寫以及對從站進(jìn)行控制，保證從站有效接受主站的指令信息，并且進(jìn)行有效的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在這種主站與從站的溝通模式之中，從站可以向主站發(fā)送數(shù)據(jù)信息取，主站可以進(jìn)行從站數(shù)據(jù)信息的讀寫，二者之間的信息可以進(jìn)行雙向的信息傳送。因而主站用戶可以通過從站反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)程序的設(shè)計優(yōu)化，再將優(yōu)化后的信息傳輸至從站，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線運(yùn)行的高效化。

3.2 設(shè)置主站程序的通信子程序

在PPI通信網(wǎng)絡(luò)中，主要是通過STEP Micro WIN4.0這一平臺進(jìn)行程序的編輯與讀寫。為了保證程序語言的正常應(yīng)用，需要確保其端口號與PLC端口號的統(tǒng)一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備器件之間數(shù)據(jù)信息的正常傳送。主站的用戶需要對通信子程序進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，保障主站與從站之間數(shù)據(jù)的讀寫保持統(tǒng)一性。在自動化生產(chǎn)線的運(yùn)行過程中，主站程序會在一定的周期內(nèi)對從站的程序運(yùn)行進(jìn)行定期的掃描，并且通過通信子程序?qū)Ω鱾€工作站進(jìn)行數(shù)據(jù)指令的傳送，同時接受來自從站的反饋數(shù)據(jù)，保障自動化生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

3.3 初始設(shè)備運(yùn)行中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)定義

在設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行初始通電并且運(yùn)行之后，工作站的運(yùn)行狀態(tài)需要及時傳送給主站，這一操作需要在系統(tǒng)程序掃描之前完成。對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的定義，將作為PPI通信網(wǎng)絡(luò)的工作標(biāo)識。在工作站中進(jìn)行定義的程序之間雖然具有相同的結(jié)構(gòu)，但是在一些反面還是存在著較為明顯的差異，如數(shù)據(jù)寄存器等。

3.4 主站與從站用戶的編程設(shè)計

為了確保PPI網(wǎng)絡(luò)通信在自動化生產(chǎn)線當(dāng)中運(yùn)行的有效性，需要對主站與從站之間的數(shù)據(jù)信息傳送效能進(jìn)行科學(xué)的檢驗(yàn)。因此，可以通過主站與從站之間的程序設(shè)計，通過主站程序向從站發(fā)送一個有效的信號，下游的從站需要接收到這個信號之后才能開始執(zhí)行相應(yīng)的工作任務(wù)。與此同時，主站的主程序需要對從站反饋的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行監(jiān)控，確保從站正確的執(zhí)行了主站的任務(wù)指令，在這一任務(wù)的執(zhí)行過程中檢驗(yàn)主站與從站之間數(shù)據(jù)信息傳送的有效性，確保系統(tǒng)運(yùn)行之后自動化生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。

3.5 自動化生產(chǎn)線的聯(lián)調(diào)實(shí)現(xiàn)

在自動化生產(chǎn)線作業(yè)中，必須確保系統(tǒng)內(nèi)各個工作站通信網(wǎng)絡(luò)的有效連接，在此基礎(chǔ)之上按照接收到的任務(wù)指令進(jìn)行生產(chǎn)線的作業(yè)。在一個單元的任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后依照系統(tǒng)設(shè)置好的程序進(jìn)入下一個任務(wù)單元，保證自動化生產(chǎn)線作業(yè)的有序性，實(shí)現(xiàn)PPI網(wǎng)絡(luò)通信之下自動化生產(chǎn)線的聯(lián)調(diào)，提升生產(chǎn)線作業(yè)的工作效能。

4 結(jié)束語

PPI網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的形成，對于當(dāng)下自動化生產(chǎn)線的構(gòu)建具有著非常重要的意義。在PPI網(wǎng)絡(luò)通信模式下，可以實(shí)現(xiàn)主站與從站之間更加高效的信息傳輸，從而有效提高生產(chǎn)線的運(yùn)作效能，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的自動化發(fā)展。在PPI網(wǎng)絡(luò)通信體系中，可以通過程序的智能編碼與設(shè)計，實(shí)現(xiàn)多個系統(tǒng)器件之間的有效信息傳送，同時保證運(yùn)行過程中的準(zhǔn)度與精度，實(shí)現(xiàn)單站、多站甚至更加復(fù)雜的模式下的高效通信，從而大大提升整個自動化生產(chǎn)線的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)線科學(xué)合理的聯(lián)調(diào)。