基于PROFINET的自動包裝碼垛生產線PLC控制通信的實現

廖若峰

摘 要 PROFINET是基于以太網的自動化標準，能夠方便地把各個不同制造商的設備和組件集成到單一系統中，硬件組態簡單快速，系統可擴展性、可操作性強，不僅使現場的監控實時有效，同時其通信功能使企業信息管理系統可以實時監控現場生產的運行?；赑ROFINET的S7-1200結合Smartlink 遠程IO的控制系統，具備實時性、安全性、低故障、低成本等特性，非常適合工業現場使用。

關鍵詞 S7-1215C;ABB機器人;PROFINET;遠程IO;工業以太網

引言

某化工廠的成品包裝車間，有多條小規格包裝（25kg）生產線，和多條大規格包裝（1000kg）生產線;在此以小包裝生產線為例，闡述自動包裝碼垛生產線西門子PLC控制中PROFINET通信的問題。

小包裝生產線采用西門子PLC結合ABB工業機器人的碼垛控制，從而實現粉體成品從成品罐通過空氣輸送進稱量槽，定（稱）量落料，裝入由自動供袋機構送來的包裝袋中，折邊，封袋，倒袋整形，金屬檢測，重量復檢，批號打印，轉位編組，托盤準備，機器人碼垛，纏繞塑料膜，剁盤輸送的全流程自動控制，并采集生產數據，統計匯總。

1控制通訊的組成

（1）前段的成品空氣輸送以及后段的剁盤入倉作業不在本系統考慮范圍內。

（2）系統主控制器采用的PLC為S7-1215C，人機界面采用KTP1000PN 精簡面板，而碼垛作業是最能發揮工業機器人優勢的工作方式之一，故采用ABB四軸機器人ABB IRB 660進行碼垛作業;數據的采集和控制指令的發送采用Smart Link分布式IO。

（3）為實現企業的信息集成，實施綜合自動化，在底層現場設備與PLC間、PLC與PLC之間、PLC與機器人之間、本控制系統與企業的信息管理系統間的數據與信息交換就必須采用現場總線[1]。

PROFINET是基于工業以太網的開放的、標準的、實時的通信協議，可以應用TCP/IP協議和IT標準，與現場設備實現無縫集成，還可以說PROFINET是工業以太網應用在現場級的一種實施協議;通過PROFINET IO，其他分布式I/O和現場設備就能夠集成到以太網通信中。不僅能滿足工業現場總線對控制數據的實時要求，還具有安裝簡單，方便維護，施工成本低廉等優點，可以快速可靠地構建一個高速、實時的100M PROFINET以太網絡。

對于PROFINET IO通信站點的一些標準數據而言，沒有實時性要求，是通過標準通道（基于UDP/IP）進行數據交換的;而對于分布式智能設備之間的實時控制通信數據的交換則必須在實時通道（采用實時協議傳送）內完成。

（4）系統組成。通過交換機，將控制區域內PLC、觸摸屏以及工控機連為一體，生產線的PLC連接Smart Link遠程IO的PROFINET適配器，將現場的輸入輸出數據，經過PROFINET以太網總線，連接到PLC與人機界面;ABB機器人也經過博圖軟件的組態設置，接入PROFINET以太網，從而實現控制區域內實時數據的有效通信;通過觸摸屏，現場操作員不僅可以對現場設備狀態進行監控（當設備出現故障或需要進行維護時，可以通過終端操作來完成模式轉換、故障處理、信息維護等操作），而且可以將收集的生產數據對接企業的信息管理系統，為將來的智能化工廠打下基礎。

（5）Smart Link遠程IO模塊說明。Smart Link遠程IO具有與地點無關的控制、高速通信、靈活的拓撲結構等特征，使其在項目實施過程中可以節省大量電纜、槽架及相應的接口設備，同時由于所有的接線都變得方便簡單明了（只需要一根五類雙絞網線，就將散布于生產現場各個位置的遠程IO和PROFINET適配器連為一體，在博圖軟件上組態設置后，即可直接編程并監控），系統設計、安裝、維護的工作量都隨之大大減少，可以方便地實現了現場控制設備之間的聯系。

每個PROFINET適配器可以并接多個模塊，如通過數字量輸入模塊可以采集生產現場的各種限位開關動作信號，控制開關指令信號以及接觸器、繼電器等的動作信號;通過數字輸出模塊，將PLC發出的控制指令經現場總線，控制執行機構的動作;通過模擬量輸入模塊采集現場的模擬量信號（如稱重落料控制）。規劃時，PROFINET總線適配器應采用單獨供電方式，從而保證在動力電源斷電時，PROFINET網絡不受影響。

2控制通信的實施

2.1 PLC及觸摸屏設備組態與參數設置

西門子PLC S7-1215C本體集成了2個PROFINET以太網接口，支持以太網和基于TCP/IP的通信標準。該接口帶有一個具有自動交叉網線功能的RJ-45連接器，數據傳輸率為10M/100M。硬件連接較為簡單，通過交換機，用五類雙絞網線將控制區域內PLC、觸摸屏以及計算機連為一體[2]。

觸摸屏（即使不是西門子品牌的觸摸屏）均帶有PROFINET的以太網接口，可以很方便地用網線連接。

博圖軟件上PLC設備組態中通訊設置：①需要對系統中的每個設備分配一個唯一的“名稱”;②需要設置IP地址和子網掩碼，IPv4的地址長度為32位，共四個字節（實際用點分十進制記法），謹記：同一系統的設備IP地址前三個字節必須相同，如192.168.0.1中的192.168.0，而最后一個字節則不能重復;系統中各設備的子網掩碼均為：255.255.255.0。

2.2 Smart Link遠程IO設備組態與參數設置

由于采用的Smart Link遠程IO不是西門子公司產品，在博途軟件中并不能直接找到配置文件，應先導入以.xml為后綴的設備描述文件，方能對Smart Link的適配器及IO進行硬件網絡組態及參數設定。具體設置流程如下：

2.3 ABB機器人接入PROFINET通信

在通訊配置時，同樣需要在TIA博途中安裝ABB機器人的GSD文件并設置參數，步驟為：

此外，在ABB示教器上（或Robot Studio）也要進行設置，步驟為（圖見文末）：

所有設置完成并下載設備后，對整個系統重新上下電后，確認組態結果[3]。

3結束語

當今的自動化系統中單一品牌控制設備難以滿足用戶設備集成和擴容的需要，多為不同廠家的設備協同作戰，而施工現場多數存在設備多、布局分散的特點，由此決定了PROFINET的價值所在以及分布式IO的生存空間。本文所描述的控制系統通訊方式，是一種值得推廣的、可靠的工業控制解決方案，非常適合工業現場使用。

參考文獻

[1] 崔堅.西門子工業網絡通信指南（上下冊）[M].北京：機械工業出版社，2005：51.

[2] 廖常初.S7-1200 PLC編程及應用（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2017：4.

[3] 佚名.ABB 機器人操作手冊[ED/OL].https：//www.baidu.com/link？url=KFGf4Vys6FArJ1FZn3YQZcYimoqNgNTzWWYuE0_jjvsERLWEjb1lN9b7GCXNuA1LVEDWFbCQlQxvt7V-YjoIq6FYrAaYYnE1ZYROdeNnJu5WvET6e78m3nWMjB4gRqp2&wd=&eqid=9f920f2700008a8f000000035f2805d6.