基于PLC 實現(xiàn)CAB 打印機打印標簽的應用探究

王海濤，黃亞勤，王海令，劉同江

（1. 霍尼韋爾（中國）高科技有限公司， 重慶 401123； 2. 重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院， 重慶 401120；3. 福士汽車零部件（濟南）有限公司， 濟南 250000； 4. 重慶建筑科技職業(yè)學院， 重慶 401331）

伴隨著信息自動化水平的不斷提升，信息互通覆蓋了各行業(yè)。現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)追溯顯得尤為重要，已被推至其生命周期的最前端。為更好地實現(xiàn)數(shù)據(jù)追溯功能，條碼或二維碼標簽的打印成為產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的一個必備環(huán)節(jié)。標簽打印正常與否，PLC 和打印機間的數(shù)據(jù)通信是否正常可靠是關(guān)鍵。本文通過列舉兩種控制系統(tǒng)，闡述其采用的西門子系列PLC 與CAB 工業(yè)打印機間的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，探討如何基于Profibus-DP 現(xiàn)場總線通信技術(shù)及先進的工業(yè)以太網(wǎng)通信方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定、快速通信。

1 Profibus-DP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Profibus-DP 是目前國際通用的現(xiàn)場總線標準之一，具有不依賴生產(chǎn)廠家的開放式特點，各種自動化設備均可通過同樣的接口與之交換信息，主要由Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS 三部分組成。Profibus-DP 用于PLC 與現(xiàn)場分布式設備的通信，使用了OSI 7 層通信標準模型中的第1 層、第2 層和用戶接口層，第3—7 層未使用，這種精簡的結(jié)構(gòu)確保了數(shù)據(jù)的高速傳輸。Profibus-DP 符合EIARS-485 標準，采用屏蔽雙絞線電纜，其傳輸速率為6 kbit/s～12 Mbit/s。

1.1 Profibus-DP 系統(tǒng)硬件組成及組態(tài)

以西門子S7-400 PLC 等相關(guān)產(chǎn)品為例介紹現(xiàn)場總線系統(tǒng)的組成及硬件設置。S7-400 PLC 作為DP 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中的主站，功能是在預定的信息周期內(nèi)循環(huán)與從站交換信息、發(fā)送控制信息、讀取從站的狀態(tài)等[1]。作為從站的CAB 工業(yè)打印機支持DP 通信協(xié)議，通過專用DP 線纜將兩者相連接。

系統(tǒng)選用西門子S7-400 CPU414-3DP 可編程控制器為主站，CAB Printer DP 通信卡為從站，裝有STEP7 V5.5 軟件的PC 機為編程裝置，用于S7-400 CPU414-3DP 的硬件組態(tài)與編程。PC 機的 CP5611 接口通過 Profibus 電纜與 CPU414-3DP 的 MPI 口連接。MPI (Multipoint interface)是SIMATIC S7 多點通信的接口，是一種適用于少數(shù)站點間通信的網(wǎng)絡，多用于連接上位機和PLC 間的近距離通信。本案例采用MPI 通信協(xié)議進行硬件組態(tài)數(shù)據(jù)及程序的下載。CPU414-3DP 的DP接口通過Profibus 電纜與CAB 打印機的DP 通信模板相連，用于S7-400 與CAB 打印機的通信。

為使S7-400 能識別從站，需安裝支持CAB Printer DP 通信卡的GSD 文件。在STEP7 軟件中Option 菜單選項下安裝Install GSD File 后，將CAB 打印機選中并設定從站地址，這樣CPU 就可將命令數(shù)據(jù)等發(fā)送至打印機處理。根據(jù)現(xiàn)場使用情況選擇相應的PPO 類型（本文選擇PPO4）。在STEP 7 軟件中創(chuàng)建項目，建立Profibus-DP 網(wǎng)絡,CAB 打印機在Profibus-DP GSD 文件夾內(nèi)進行組態(tài)，并設定通信地址。最后，將已完成的硬件組態(tài)存盤編譯下載至CPU。硬件組態(tài)如圖1 所示。

圖1 Profibus-DP 系統(tǒng)硬件組態(tài)

1.2 Profibus-DP 系統(tǒng)軟件編程

一般而言，對于S7-400 和CAB 打印機，通過Profibus-DP 通信系統(tǒng)編寫一個DB20 功能塊[2]。在傳輸讀寫數(shù)據(jù)時調(diào)用該功能塊，既有效避免了程序的繁雜性，又提高了程序的可讀性。控制程序主要針對CAB 打印機寫入開始打印的命令、讀出CAB 打印機實際打印成功及取走標簽的狀態(tài)。CAB 打印機通信參數(shù)應用分為CAB 打印機接受PLC 的控制字及由CAB 打印機返回給PLC 的狀態(tài)字兩部分。

S7-400 和CAB 打印機之間DP 通信程序可通過STEP 7 編程軟件在OB1 中調(diào)用功能塊SFC14 和SFC15 來實現(xiàn)，程序段如圖2 所示。

圖2 S7-400 與CAB 打印機的DP 通信程序

CAB 打印機硬件組態(tài)時的PZD 起始地址為（564）10=（234）16，在功能塊 SFC14 中 RECORD=P#DB20.DBX0.0 BYTE 12，即 PLC 可以將 CAB 打印機數(shù)據(jù)寄存器中存儲數(shù)據(jù)讀取至DB20.DBX0.0開始的6 個字12 個字節(jié)。而在功能塊SFC15 中RECORD=P#DB20.DBX12.0 BYTE 12，即 PLC 可以將DB20.DBX12.0 開始的6 個字12 個字節(jié)內(nèi)容寫入CAB 打印機數(shù)據(jù)寄存器。

2 Ethernet 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)是當今局域網(wǎng)通用的通信協(xié)議標準之一，具有傳播速率高、網(wǎng)絡資源豐富、系統(tǒng)功能強、安裝簡單和使用維護方便等諸多優(yōu)點，支持多種連接介質(zhì)，包括同軸纜，3、4、5 類雙絞線，以及光纖的連接。以太網(wǎng)在互聯(lián)設備之間以10～100 Mbps 的速率傳送信息包，支持最大距離為550 m的多模光纖、最大距離為70 km 的單模光纖和最大距離為100 m 的雙絞線連接。

2.1 Ethernet 系統(tǒng)硬件組成及組態(tài)

以西門子S7-300 PLC 等相關(guān)產(chǎn)品為例，探討Ethernet 系統(tǒng)的組成及硬件設置。S7-300 PLC通過CP343-1 模塊設定IP 地址接入8 口交換機，CAB Printer 設定IP 地址后也接入8 口交換機，分別通過專用網(wǎng)線連接，PLC 和CAB 打印機接入同一網(wǎng)絡，彼此間互通[3]。

系統(tǒng)選用西門子S7-300 CPU315-2DP 可編程控制器為主站，帶有CP343-1 Ethernet 通信模塊，CAB Printer Ethernet 通信卡為從站。裝有STEP7 V5.5 軟件的筆記本為編程裝置，用于S7-300 CPU315-2DP 的硬件組態(tài)與編程。筆記本Ethernet 接口與連接CP343-1 的Ethernet 接口采用Ethernet 通信協(xié)議下載硬件組態(tài)數(shù)據(jù)及程序。

同樣，為使S7-300 能識別CAB 打印機設備，還需安裝支持CAB Printer Ethernet 通信卡的GSD 文件。在STEP7 軟件Option 菜單下選項Install GSD File 安裝GSD 文件后，創(chuàng)建項目，建立Ethernet 網(wǎng)絡，選中CAB Printer Ethernet 通信卡并設定IP 地址，PLC 即可識別硬件并將命令數(shù)據(jù)等發(fā)送至打印機處理。最后，下載硬件組態(tài)存盤編譯至PLC CPU。其硬件組態(tài)如圖3 所示。

圖3 Ethernet 系統(tǒng)硬件組態(tài)

2.2 Ethernet 系統(tǒng)軟件編程

對S7-300 和CAB 打印機通過Ethernet 通信的系統(tǒng)一般編寫一個DB1 功能塊，在傳輸讀寫數(shù)據(jù)時可以調(diào)用該功能塊。控制程序同樣針對CAB打印機寫入開始打印的命令，讀出CAB 打印機實際打印成功及取走標簽的狀態(tài)。CAB 打印機通信參數(shù)應用也分為 CAB 打印機接受PLC 的控制字及由CAB 打印機返回給PLC 的狀態(tài)字兩部分。

S7-300 與CAB 打印機間Ethernet 通信可通過STEP 7 編程軟件在OB1 中調(diào)用功能塊FC5和FC6 實現(xiàn)。FC5 功能塊可將PLC 命令及打印產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)送至CAB 打印機數(shù)據(jù)寄存器供CAB 打印機打印讀取；FC6 功能塊可將CAB 打印機打印標簽狀態(tài)等信息讀取至PLC[4]。該通信程序段如圖4 所示。

圖4 S7-300 與CAB 打印機的Ethernet 通信程序

3 CAB 打印機硬件及軟件設置

3.1 CAB 打印機硬件設置

CAB 打印機硬件支持Profibus-DP 通信及Ethernet 通信協(xié)議。當使用Profibus-DP 通信完成打印工作時，僅需將打印機Profibus-DP 通信激活并按照PLC 硬件組態(tài)設置為相同DP 地址即可。當使用Ethernet 通信完成打印工作時，也僅需將打印機Ethernet 通信激活并按照PLC 硬件組態(tài)設置為相同IP 地址即可，其IP 設定通過網(wǎng)頁設置方式實現(xiàn)，輸入CAB 打印機廠家提供的默認賬號及密碼后選擇TCP/IP Configuration 選項[5]。

3.2 CAB 打印機軟件編程

CAB 打印機自帶程序存儲CF 卡，程序主要編寫其打印標簽的格式、排列、字體、條碼類型、打印時間等信息。具體打印產(chǎn)品信息內(nèi)容需要從PLC 寫入 CAB 打印機數(shù)據(jù)寄存器 SI1 后，CAB 打印機程序調(diào)用數(shù)據(jù)寄存器SI1 內(nèi)容打印。CAB 打印機程序如下[6]：

4 結(jié)束語

通過對相應通信模式的組態(tài)及編程，實現(xiàn)了PLC 對CAB 打印機打印標簽的自動控制功能。本文所涉及的Profibus-DP 通信及Ethernet 通信方式分別應用于某汽車配件制造企業(yè)門鎖及座椅生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。結(jié)果表明，采用Profibus-DP 通信及Ethernet 通信方式的標簽打印網(wǎng)絡控制系統(tǒng)，簡化了控制環(huán)節(jié)，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒖删S護性和有效性。同時，對PLC 網(wǎng)絡控制CAB打印機有了更深入的了解，為工業(yè)產(chǎn)品后期信息追溯奠定了基礎。