基于PLC通信网络的物料呼叫系统设计

2011-05-11 02:49唐中燕
制造业自动化 2011年7期
关键词:控制程序工位分配

唐中燕

(华北电力大学 机械工程学院,保定 071003)

基于PLC通信网络的物料呼叫系统设计

唐中燕

(华北电力大学 机械工程学院,保定 071003)

0 引言

采用流水线作业方式的自动生产线上,各个工位都需要一定品种和数量的物料。在生产中当物料供应不及时时,会由于物料短缺造成生产线工作中断。为了有效防止这一现象的发生,设计满足需要的物料呼叫系统是十分必要的。

物料呼叫系统在生产线的各工位应设置物料呼叫装置,每个呼叫装置的一次呼叫可申请该工位所需的一种物料(相应的配送量可事先确定)。在物料仓库应设有呼叫显示响应装置或计算机显示设备,仓库送料员根据显示出的呼叫信息向各工位配送物料。

根据系统的应用特点可知,各工位的呼叫信息要向物料仓库的响应装置传送,而物料仓库的响应信息要向各工位传送。一般仓库与工位之间相距会有数百米甚至更远,如采用传统的控制方法,要敷设的连接线太多,不仅材料消耗多,施工费用高,而且查对线路工作量也大,非常不经济。若采用网络通信技术,则只需通过一对现场总线就可以实现信号传递,充分展现了先进技术的优越性。本系统即基于欧姆龙PLC及其通信网络技术进行设计的。

1 PLC通信网络的构建

1.1 DeviceNet网络

对于现场控制点比较分散却要求集中控制的被控对象,常常选用由一台PLC带上远程I/O系统构成的PLC控制系统。该远程I/O系统属于DeviceNet网络,一般处于工业控制网络的最底层,即现场设备层(实质是PLC控制网络)。设备层网络是对系统现场底层设备进行操作和管理的网络,负责现场设备与主单元PLC之间的连接与通信,其从单元分布在设备附近,实现远程I/O采集与控制。

DeviceNet网络采用主干线与支线拓扑结构,由两对屏蔽双绞线实现网络信号传输和网络供电。允许带电情况下接入或移走网络中的节点,支持在线修改配置网络。每个DeviceNet网络上可以容纳最多64个节点,每个节点支持的I/O数量没有限制,如图1所示为OMRON公司DeviceNet网络的典型拓扑结构。

图1 DeviceNet网络拓扑结构

DeviceNet网络协议的特点有:

1)客户机/服务器模式;

2)支持点对点、主从或多主通信;

3)每个DeviceNet网络可最多连接64个节点;

4)使用抽象的对象模型描述,提供I/O报文和显式报文连接。

1.2 DeviceNet网络的组网

DeviceNet网络通信类型有两种:远程I/O通信和信息通信。与网络通信类型相对应,OMRON的DeviceNet网络组网方式有不带配置器方式和带配置器方式两种。配置器可在线监视网络状态、配置DeviceNet网络主单元、确定主/从单元隶属关系以及为从单元分配地址空间等。组网后主单元PLC之间执行信息通信,主单元PLC与其隶属的从单元之间进行I/O通信。这相当于将DeviceNet网络作为公共总线,不但可节省布线,而且整合了各种控制功能。

本系统DeviceNet网络组成如图2所示。采用一主多从的形式。主单元包括CPU处理模块CJ1GCPU42、电源模块CJ1-PA204S、DeviceNet主单元模块CJ1-DRM21和多个基本I/O模块。各模块依次插入总线槽而连在一起。各从单元包括小型PLC CPM2AH-40CDR 和通过I/O扩展连接器插槽连接的DeviceNet从单元模块CPM2A-DRT21。根据实际需要,从单元也可以是一般的I/O终端、模拟量I/O终端、传感器终端、温度输入终端等。

图2 系统DeviceNet网络组成

由于本网络上只有一个主单元,隶属关系简单,固只需采用不带配置器的组网方式。网络模块使用前均需做相应的设定,设定通过模块面板上的相应开关进行。设定包括单元号、节点号、通信比特率等。主单元模块的单元号、节点号均设定为默认值0,比特率设定值与各从单元应一致。各从单元模块的节点号依次设定为0、1、2…,比特率设定值与主单元一致。

根据主单元模块设定的单元号,PLC为其分配的内存工作区为:CIO1500~ CIO 1524,DM30000~ DM 30099。

1.3 远程I/O地址分配

DeviceNet网络从单元的节点地址管理是通过在主单元PLC的I/O区为其分配特殊空间实现的。从单元远程I/O地址分配方法有两种:固定分配和用户分配。由于本网络上只有一个主单元,固采用固定分配方法。

对于CJ1/CJS系列PLC而言,远程I/O的固定分配地址被划分为三个区域:CIO3200~ CIO 3363、CIO3400~ CIO 3563、 CIO3600~ CIO 3763。这里使CIO1500.08=1选择区域1,则远程I/O的地址分配如下:输出映射区CIO3200~ CIO 3263、 输入映射区CIO3300~ CIO 3363。

从单元PLC I/O通道分配如图3所示。主单元与从单元之间内部连接共32点输入(从→主),32点输出(主→从),即主单元输出映射区与从单元输入通道对应,主单元输入映射区与从单元输出通道对应,主单元PLC与各从单元PLC之间所建立的地址映射关系如图4所示。DeviceNet远程I/O通信功能使得在主单元PLC和从单元PLC之间能按照此映射关系自动进行I/O数据传送,即主单元PLC可以直接读写从单元的I/O点。

图3 从单元PLC I/O通道分配

图4 主单元与各从单元间地址映射关系

2 主单元与从单元的系统设计

2.1 主单元与从单元硬件构成

本系统从单元位于车间生产线,每一从单元PLC管理八个工位的呼叫装置,负责采集呼叫按钮信息、消号按钮信息,控制呼叫响应指示灯、超时报警指示灯。一个从单元需向主单元传递的信息有呼叫状态、消号状态、超时状态等。主单元位于物料仓库,对生产线各工位的物料呼叫信号及时进行处理,管理呼叫信号显示响应装置,负责采集呼叫响应按钮信息,控制呼叫显示指示灯、超时报警指示灯与喇叭。主单元向每一从单元传递的信息有呼叫响应状态、消号响应状态等。在物料仓库还可设置计算机、显示器、打印机等设备。计算机与主单元PLC进行串行通信,接收物料呼叫系统的数据信息,利用计算机配有的工业控制组态软件,可将呼叫、响应、报警等信息实现直观的动态画面显示,还可按照物料管理的要求打印显示制表等。系统硬件构成如图5所示。

图5 系统硬件构成

2.2 主单元与从单元的程序设计

远程I/O通信不需要编写通信程序,可在DeviceNet网络主单元的PLC与从单元PLC之间自动传送数据。所以控制程序设计主要是根据系统工作流程编制实现信息采集、判断、处理与控制的控制程序。系统工作流程如图6所示。主单元PLC控制程序流程图如图7所示。从单元PLC控制程序流程图如图8所示。

主单元PLC控制程序与从单元PLC控制程序相互独立同时运行,分别对呼叫、响应信号及时进行处理,完成呼叫、响应、报警等功能。主单元PLC与从单元PLC间的数据传递通过网络自动进行,且与上面两个程序的运行是同步的。

图6 系统工作流程

图7 主单元PLC控制程序流程

主单元PLC控制程序中的“有呼叫”、“有消号”、“有超时”几个选择判断即判断从单元传递过来的呼叫状态、消号状态、超时状态(远程I/O数据采集)。根据采集的远程I/O信号及本地的I/O信号,对相应状态位做出处理,即可更新并输出远程I/O控制信号。

图8 从单元PLC控制程序流程

从单元PLC控制程序中的“有呼叫响应”、“有消号响应”、两个选择判断即判断主单元传递过来的呼叫响应状态、消号响应状态。根据接收的远程I/O信号及本地I/O信号,对相应状态位做出处理,即可更新远程I/O数据同时实现远程I/O控制。

3 结束语

本物料呼叫系统已应用于某企业生产线上。应用表明系统具有以下的特点:

1)各从单元及其呼叫装置按生产班组、工段进行布置,仓库呼叫显示响应装置与物料管理分工相一致,管理十分方便。

2)系统可以随时增减从单元,且可并接多个从单元,每个从单元又可以管理控制多个呼叫装置,能够方便满足数百种物料呼叫需求。

为了满足现代化企业物流管理的需求,可将该系统功能进一步扩充。通过与主单元连接的计算机,物料呼叫系统的数据信息可进入企业局域网,成为企业管理信息系统的一重要组成部分。还可通过为每台从单元预留I/O接口,将生产过程中的安全、质量等信号引入管理系统,以适应企业管理发展的需求。

[1]祖龙起,姜永芹.可编程控制器网络系统应用案例[M].北京:高等教育出版社,2009.

[2]OMRON.可编程控制器 编程手册.

[3]OMRON.可编程控制器 操作手册.

Design of materiel call system base on PLC communication network

TANG Zhong-yan

利用欧姆龙PLC(可编程控制器) 及其DeviceNet网络远程I/O技术,组成了应用于自动生产线上的物料呼叫系统。针对系统控制过程与特点,说明了DeviceNet网络配置构建、网络中主单元与各子单元间的数据传递方法、系统硬件构成与控制程序设计。

PLC;通信网络;远程I/O;控制程序

唐中燕(1960 -),女,河北保定人,副教授,本科,研究方向为微机控制技术。

TN915

A

1009-0134(2011)4(上)-0054-04

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(上).18

2010-09-25

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