PN/PN Coupler 在汽车焊装线中的应用

石秀娟 郭晓杰 周利飞 洪铁超

（一汽模具制造有限公司，吉林 长春130013）

随着汽车产业的发展，对设备的性能也提出了更高的要求，如何快速响应、实时通信成为关键。同时，车间内的人身安全也是必须关注的焦点，且要求简化设计、节约项目成本。现阶段的汽车焊装生产线上，Profinet 网络应用已成为主流方式，焊装线体与线体之间在网络架构和通讯上都全方位被Profinet 网络覆盖，而PN/PN Coupler 在Profinet 网络通讯中发挥了巨大的作用。

PROFINET 由 PROFIBUS 国 际 组 织（PROFIBUS International，PI）推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。作为一项战略性的技术创新，PROFINET 为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。

PROFINET 是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8 个主要的模块，依次为实时通信、分布式现场设备、运动控制、分布式自动化、网络安装、IT 标准和信息安全、故障安全和过程自动化。

随着现场设备智能程度的不断提高，自动化控制系统的分散程度也越来越高。工业控制系统正由分散式自动化向分布式自动化演进，因此，基于组件的自动化（Component Based Automation，CBA）成为新兴的趋势。工厂中的相关的机械部件、电气/电子部件和应用软件等具有独立工作能力的工艺模块抽象成为一个封装好的组件，各组件间使用PROFINET 连接。

通过模块化这一理念，可以显著降低机器和工厂建设中的组态与上线调试时间。在使用分布式智能系统或可编程现场设备、驱动系统和I/O 时，还可以扩展使用模块化理念，从机械应用扩展到自动化解决方案。

1 PN/PN Coupler 模块的优势

PN/PN Coupler 的优点是使用简单，功能强大；只需要两根PN 网络线就可将两个Profinet 网络连接起来，实现了PLC 的同步和通信。在焊装生产线中，主要设备有焊接机器人、MOVIPRO、MOVIFIT、上位机、K 箱、SV 柜、BV 柜、焊接控制器、固定修模器等如图1 所示，设备种类繁多、布局分散。每台控制柜内的PLC 与远程模块ET200SP、工控机、变频器等形成一个单独的Profinet 网络,每个网络内的过程设备、工艺设备、输送设备在各自的网络里独立运行。不同总线里的设备有时需要进行信号数据交换，在传统总线系统里，信号交换往往用继电器实现，数据交换量仅停留在位的层面。一台PLC 的输出驱动继电器线圈，继电器的触点作为另一台PLC 的输入。这种方式在信号少、数据量小时可以轻易实现，但是在信号多、数据量大时，继电器体积大、机械触点多，需要足够空间容纳且触点容易损坏，不利于安全运行与维护。例如所以我们在Profinet 总线系统网络里大量使用PN/PN Coupler 模块来解决信号交互多、数据量大的问题。PN/PN Coupler 因为其所交换的数据量大，不但可以交互开关量，也可以交互模拟量的特点，使其广泛的应用在工艺复杂的大型控制系统中。

图1 平面布置示意图

2 PN/PN Coupler 模块介绍

PNPN 耦合器（PNPN Coupler）用来连接两个Profinet 网络并进行数据交换，最多可以交换1024 个字节的数据。数据交换使用两个相互对应的缓冲区，每个缓冲区都有发送区域（Output）和接收区域（Input）。一个Profinet 网络的发送区对应另一个Profinet 网络的接收区，反之亦然。发送和接收区域需要使用组态工具进行设置。

3 PN/PNCoupler 模块数据交换

3.1 PN/PNCoupler 耦合的两个Profinet 网络是相互独立的，两个网络电气隔离，一个网段故障不影响另一个网段运行；站地址可以不同；最多可以建立16 个I/O 数据交换区，它的每个Profinet 接口作为一个独立的IO Device 在网络中有单独的Device name。

3.2 冗余电源设计

PNPN 耦合器采用冗余电源设计，可以连接两个独立的24V 电源（PS1 和PS2），但在同一时刻只有一个电源处于激活状态，当前电源故障时，会立刻切换到另一个电源。

4 PN/PN Coupler 的使用

4.1 使用西门子博图编程软件，现场交换机通过Profinet 铜缆连接到W1FFFB 区域 PN/PNCoupler 网口X1P1 上，同时W1FFFB 区域 PN/PNCoupler X1P2 网口连接到W1FEER 区域PN/PNCoupler 的X2P1 上实现两个区域的硬件连接，如下图2所示。该网络组态在一汽轿车HS5 项目已投产使用。

图2 一汽轿车HS5 项目博图中组网实例

4.2 PN/PN Coupler 网络配置

在网络图2 中双击W1FFFB1 , 为Coupler 分配网络地192.168.21.17 , 信号交互W1FEER 区域PN/PNCoupler 网络组态，IP 地址192.168.21.18.这样在编程软件中两个交互信号区域的IP 地址我们就设置完毕。

4.3 PLC 编程。PN/PN Coupler 为了实现两个区域的信号传递，在西门子博图中我们通过定义“发送”、“接受”DB 块来实现信号数据存储。图3 中所定义的是W1FFFB 区域“发送”给W1FEER 区域的DB 数据；数据块定义好之后，我们就开始应用这些数据编程，图4 中的这些程序段实现了这些交互信号在实际控制中的应用。

图3 W1FFFB 区域“发送”给W1FEER 区域的DB 块数据

图4 在程序中，W1FFFB 区域“发送”给W1FEER 区域的信号

4.4 同理，W1FFFB 区域"接受"W1FEER 区域的信号在程序中也同样配置。

这样，我们通过上述对Coupler 的设置及编程，成功实现了信号传递。

5 结论

PN/PN Coupler 的应用使Profinet 网络从深度和广度上发挥了更加强大的作用。PN/PN Coupler 是焊装线中各个分支系统中不同网段的系统数据交互的桥梁，在实践中节省了大量的线缆、桥架、连接件；减少了系统安装、调试、维护时间；降低人工成本、降低故障率、提高生产可靠性；有利于保证生产质量，方便生产线维护；可作为标准应用在各种焊装生产线上。