基于PROFINET的自动包装码垛生产线PLC控制通信的实现

廖若峰

摘 要 PROFINET是基于以太网的自动化标准，能够方便地把各个不同制造商的设备和组件集成到单一系统中，硬件组态简单快速，系统可扩展性、可操作性强，不仅使现场的监控实时有效，同时其通信功能使企业信息管理系统可以实时监控现场生产的运行。基于PROFINET的S7-1200结合Smartlink 远程IO的控制系统，具备实时性、安全性、低故障、低成本等特性，非常適合工业现场使用。

关键词 S7-1215C;ABB机器人;PROFINET;远程IO;工业以太网

引言

某化工厂的成品包装车间，有多条小规格包装（25kg）生产线，和多条大规格包装（1000kg）生产线;在此以小包装生产线为例，阐述自动包装码垛生产线西门子PLC控制中PROFINET通信的问题。

小包装生产线采用西门子PLC结合ABB工业机器人的码垛控制，从而实现粉体成品从成品罐通过空气输送进称量槽，定（称）量落料，装入由自动供袋机构送来的包装袋中，折边，封袋，倒袋整形，金属检测，重量复检，批号打印，转位编组，托盘准备，机器人码垛，缠绕塑料膜，剁盘输送的全流程自动控制，并采集生产数据，统计汇总。

1控制通讯的组成

（1）前段的成品空气输送以及后段的剁盘入仓作业不在本系统考虑范围内。

（2）系统主控制器采用的PLC为S7-1215C，人机界面采用KTP1000PN 精简面板，而码垛作业是最能发挥工业机器人优势的工作方式之一，故采用ABB四轴机器人ABB IRB 660进行码垛作业;数据的采集和控制指令的发送采用Smart Link分布式IO。

（3）为实现企业的信息集成，实施综合自动化，在底层现场设备与PLC间、PLC与PLC之间、PLC与机器人之间、本控制系统与企业的信息管理系统间的数据与信息交换就必须采用现场总线[1]。

PROFINET是基于工业以太网的开放的、标准的、实时的通信协议，可以应用TCP/IP协议和IT标准，与现场设备实现无缝集成，还可以说PROFINET是工业以太网应用在现场级的一种实施协议;通过PROFINET IO，其他分布式I/O和现场设备就能够集成到以太网通信中。不仅能满足工业现场总线对控制数据的实时要求，还具有安装简单，方便维护，施工成本低廉等优点，可以快速可靠地构建一个高速、实时的100M PROFINET以太网络。

对于PROFINET IO通信站点的一些标准数据而言，没有实时性要求，是通过标准通道（基于UDP/IP）进行数据交换的;而对于分布式智能设备之间的实时控制通信数据的交换则必须在实时通道（采用实时协议传送）内完成。

（4）系统组成。通过交换机，将控制区域内PLC、触摸屏以及工控机连为一体，生产线的PLC连接Smart Link远程IO的PROFINET适配器，将现场的输入输出数据，经过PROFINET以太网总线，连接到PLC与人机界面;ABB机器人也经过博图软件的组态设置，接入PROFINET以太网，从而实现控制区域内实时数据的有效通信;通过触摸屏，现场操作员不仅可以对现场设备状态进行监控（当设备出现故障或需要进行维护时，可以通过终端操作来完成模式转换、故障处理、信息维护等操作），而且可以将收集的生产数据对接企业的信息管理系统，为将来的智能化工厂打下基础。

（5）Smart Link远程IO模块说明。Smart Link远程IO具有与地点无关的控制、高速通信、灵活的拓扑结构等特征，使其在项目实施过程中可以节省大量电缆、槽架及相应的接口设备，同时由于所有的接线都变得方便简单明了（只需要一根五类双绞网线，就将散布于生产现场各个位置的远程IO和PROFINET适配器连为一体，在博图软件上组态设置后，即可直接编程并监控），系统设计、安装、维护的工作量都随之大大减少，可以方便地实现了现场控制设备之间的联系。

每个PROFINET适配器可以并接多个模块，如通过数字量输入模块可以采集生产现场的各种限位开关动作信号，控制开关指令信号以及接触器、继电器等的动作信号;通过数字输出模块，将PLC发出的控制指令经现场总线，控制执行机构的动作;通过模拟量输入模块采集现场的模拟量信号（如称重落料控制）。规划时，PROFINET总线适配器应采用单独供电方式，从而保证在动力电源断电时，PROFINET网络不受影响。

2控制通信的实施

2.1 PLC及触摸屏设备组态与参数设置

西门子PLC S7-1215C本体集成了2个PROFINET以太网接口，支持以太网和基于TCP/IP的通信标准。该接口带有一个具有自动交叉网线功能的RJ-45连接器，数据传输率为10M/100M。硬件连接较为简单，通过交换机，用五类双绞网线将控制区域内PLC、触摸屏以及计算机连为一体[2]。

触摸屏（即使不是西门子品牌的触摸屏）均带有PROFINET的以太网接口，可以很方便地用网线连接。

博图软件上PLC设备组态中通讯设置：①需要对系统中的每个设备分配一个唯一的“名称”;②需要设置IP地址和子网掩码，IPv4的地址长度为32位，共四个字节（实际用点分十进制记法），谨记：同一系统的设备IP地址前三个字节必须相同，如192.168.0.1中的192.168.0，而最后一个字节则不能重复;系统中各设备的子网掩码均为：255.255.255.0。

2.2 Smart Link远程IO设备组态与参数设置

由于采用的Smart Link远程IO不是西门子公司产品，在博途软件中并不能直接找到配置文件，应先导入以.xml为后缀的设备描述文件，方能对Smart Link的适配器及IO进行硬件网络组态及参数设定。具体设置流程如下：

2.3 ABB机器人接入PROFINET通信

在通讯配置时，同样需要在TIA博途中安装ABB机器人的GSD文件并设置参数，步骤为：

此外，在ABB示教器上（或Robot Studio）也要进行设置，步骤为（图见文末）：

所有设置完成并下载设备后，对整个系统重新上下电后，确认组态结果[3]。

3结束语

当今的自动化系统中单一品牌控制设备难以满足用户设备集成和扩容的需要，多为不同厂家的设备协同作战，而施工现场多数存在设备多、布局分散的特点，由此决定了PROFINET的价值所在以及分布式IO的生存空间。本文所描述的控制系统通讯方式，是一种值得推广的、可靠的工业控制解决方案，非常适合工业现场使用。

参考文献

[1] 崔坚.西门子工业网络通信指南（上下册）[M].北京：机械工业出版社，2005：51.

[2] 廖常初.S7-1200 PLC编程及应用（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2017：4.

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