机床控制系统间通信的解决方案

幸正根，卢劲松

（江铃汽车股份有限公司，江西南昌 330001）

0 引言

机床控制系统大体可以分为两大类，一类是PLC（Programmable Logic Controller，可编程控制器），是以计算机技术为基础的新型工业控制装置，PLC 的基本构成包括电源模块、中央处理器CPU、输入模块和输出模块；另一类是CNC（Computer Numerical Control，计算机数字控制）。PLC 控制系统具有强大的逻辑运算处理能力，已广泛运用在清洗机、压装机、测量机等机床设备上；CNC 控制系统具有强大的数字控制功能，可通过G 代码实现插补运算，主要应用在数控机床，例如，4 轴联动加工中心、车床、铣床等。通过点到点、PN-PN-Coupler、IDEVICE 应用，可以实现PLC-PLC、CNC-CNC 及PLC-CNC 之间的通信。例如，在前后工序两个独立系统之间，组合机床自动线新增独立工位、桁架机械手与主机之间的数据交换已广泛运用。

1 点到点通信方式的应用

点到点通信方式在两个独立主控制器与主控制器之间通信是最简单、最基本的方式，通过多芯电缆线连接两个控制器之间需要交换的信号，再配置中间继电器转接即可实现。下面以A、B 两台机床为例说明（图1），A 机床的输出信号触发中间继电器的线圈，继电器线圈得电触头接通，此信号作为B 机床的输入信号；同理，B 机床的输出信号触发中间继电器的线圈，继电器线圈得电触头接通，此信号作为A 机床的输入信号。以此类推，可以实现机床间多个信号的交换。

点到点通信方式配置最简单，技术要求低，适用范围广，但是需要增加多芯电缆线和中间继电器作为两个系统连接桥梁，实施工作量大，通信不稳定，扩展不方便，如果要扩展，需要增加硬件。

2 PN-PN-Coupler 通信方式的应用

PN-PN-Coupler 用于连接两个PROFINET 网络进行数据交换，最多可以传送256 个字节的输入和256 个字节的输出。它具有两个PROFINET 接口，每个接口作为一个IO 设备连接到各自的PROFINET 系统中，PN-PN-Coupler 耦合的两个PROFINET是相互独立的，通信速率可以不同。它的每个PROFINET 接口作为一个独立的IO 设备在网络中有单独的设备名字，而且两个PROFINET 接口的更新时间可以不同，但是两个网络的通信数据区输入/输出方式必须相互对应。

图1 点到点通信

下面以西门子两个S7-300 作为控制器，使用PN-PN-Coupler 传递数据（图2）。两个S7-300 通过PROFINET 与ET200S、PG/OP 通信组成两个PROFINET 系统，同时两个S7-300 之间还需要进行实时数据交换。PN-PN-Coupler 在PROFINET 网络1 中配置过程（图3）如下。

图2 PN-PN-Coupler 使用

图3 PN-PN-Coupler 硬件配置

（1）打开STEP7，新建一个项目，命名为“TEST_PN_PN Coupler”。在项目中插入一个S7-300 站，完成硬件配置后，插入一条PROFINET 网络，建成PROFINET IO 系统。

（2）从右侧的硬件目录中将对应的PN-PN-Coupler 拖拽至PROFINET-IO-System 下。

（3）配置设备名称、更新时间、IP 地址。在硬件列表中有多个PN-PN-Coupler，在进行配置时一定要相对应，当前的S7-300 连接PN-PN-Coupler 的PROFINET X1 接口，因此要选择PN-PN-Coupler X1 配置，否则会报错。

以同样的方法完成PN-PN-Coupler 在PROFINET 网络2中配置。配置完成下载至CPU。

3 I-DEVICE 通信方式的应用

I-DEVICE 也叫智能设备或者智能IO 设备，一方面它作为上层控制器的IO 设备，也就是作为从站，另一方面作为下层IO设备的控制器，它本身就是CPU，可以将采集的数据进行逻辑运算，并且可以与上层IO 控制器间发送和接收数据，实现两个控制器之间的通信。

下面以A_DEVICE 和B_DEVICE 两台设备通过I-DEVICE通信做配置，A 需要访问B，首先在B 里面建立I-DEVICE 地址，生成GSD 文件，然后在A 里面添加B 生成的GSD 文件，两台设备就可以按照创建的地址进行通信。

打开STEP7 软件，新建一个项目，命名为“TEST_I_DEVICE”。在项目中插入一个S7-300 站，命名为“A_DEVICE”，项目中再插入一个S7-300 站，命名为“B_DEVICE”。插入一条PROFINET 网络，建成PROFINET IO 系统；在B_DEVICE 硬件组态对象属性中新建I 设备，配置输入输出起始地址和长度，在菜单选项中点击“为I 设备创建GSD 文件”，生成后保存并下载至CPU（图4）。

图4 B_device 配置

打开A_DEVICE 的硬件组态，在PROFINET-IO 下将生成的B-SLAVE 作为从站拖放至A_DEVICE 的总线上。这样AB两台设备就可以按照设定的地址通信（图5）。

图5 A_device 配置

4 结束语

点到点通信方式操作简单，使用范围广，但是需要增加多芯电缆线和中间继电器。PN-PN-Coupler 通信方式数据交换方便，扩展容易且不要额外增加硬件，但是PN-PN-Coupler 模块成本较高。I-DEVICE 通信方式同时兼备数据交换扩展方便，不需要增加任何硬件就可以实现，也是目前主流推荐使用的通信方式，但是I-DEVICE 配置和调试对技术人员要求高。现代汽车制造行业对自动化、智能化的要求越来越高，各个设备间的互联尤为重要，充分应用上述3 种方案就能迎刃而解。