基于以太网通讯的生产线信息自动化设计

张博　霍天龙

摘要：实际生产中，中小型自动化生产线很少携带生产过程信息。为解决生产过程信息实时掌握困难、可视化程度低等问题，提出了一种基于以太网通讯的中小型自动化生产线生产过程信息自动化的设计。使用西门子CP343-1模块的以太网通讯功能和C#进行信息交互，依靠PLC强大的逻辑功能及信息处理能力，对物料信息进行跟踪记忆，实现生产信息自动获取、自动传输。应用结果表明了该方法的有效性。

关键词：中小型;自动化生产线;生产过程信息;以太网

中图分类号：TP278 文献标志码：A 文章编号：1009—9492（2021）03—0153—02

0引言

“中国制造2025”提出，以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化、网络化、智能化制造为主线，加快我国工业自动化进程。随着人力成本的不断增加，大部分生产制造类企业出现了用工难问题，传统的自动化生产线要求完全脱离人工。然而实际生产中，虽然生产过程能够实现自动化，但产品生产过程信息却很少能够达到设备的工位级，即生产线上的产品是没有“身份”的，往往需要操作人员参与。针对此问题，本文以成品物料垛盘输送生产线为例，结合PLC的以太网通讯功能，从上位机获取产品的生产信息，依靠PLC强大的逻辑功能及信息处理能力对物料信息进行跟踪记忆，实现了物料信息的自动化获取和传输。

1 PLC以太网通讯

工业以太网是基于IEEE 802.3的强大区域和单元网络。利用工业以太网，西门子SIMATIC NET提供了一个无缝集成到新的信息世界的途径。西门子PLC以太网通讯的类型有很多，不同的用户技术需求下可以采用相应性能的以太网。常见的以太网通信主要有ISO、ISO-on-TCP、TCP/IP、UDP等类型传输协议。ISO传输连接用于S5站和s7站或PC站之间的数据交换（S5兼容通讯）。ISO-on-TCP传输连接用来进行S5站和S7站或PC站间的数据交换（兼容S5的通讯）。TCP/IP连接的配置用于西门子系列PLC与第三方的控制系统进行数据交换。UDP类型的协议用于实现西门子控制器两站间的数据交换。本文采用TCP/IP和C#软件进行通讯。TCP通信传送数据前，双方必须对通信进行初始化，并得到对方的认可。TCP协议位于ISO/OSI参考模型的传输层，是一种面向连接的通信，即发送方与接收方通信时，必须首先建立连接，主动方为客户端，被动方为服务器。本文中，PLC作为服务器，C#作为客户端。

2系统通讯设计

2.1硬件

成品垛盘输送控制系统集成有ABB机器人用于料袋码垛，触摸屏用于人机信息交互。ABB机器人挂接PLC的DP口，使用Profibus总线协议与PLC通信，触摸屏连接在PLC的MPI口，采用MPI协议与PLC进行信息交互。本案例中采用CP343-1以太网模块和第三方的上位机软件C#，利用网线连接采用TCP/IP协议建立通讯。通讯模型如图1所示。

2.2软件

打开西门子SIMATIC Manager软件，插入SIMATIC 300station站点，根据实际PLC组成，分别插入对应的CPU和I/O模块，再插入CP343-1以太网模块，如图2所示。IP组态设置在“属性Ethernet接口”对话框中，设置lP地址，配置CP343-1模块IP地址为192.168.1.107，子网掩码为255.255.255.0，并新建Ethernet子网。此外，还应该写入以太网模块的MPI地址，如果PLC使用了MPI协议与其他控制器连接，应注意此处的MPI地址不能和CPU中的地址重复，否则会造成CPU报警，导致以太网模块出错，不能正常使用。

打开通信连接，选中CPU模块，插入新连接，项目中选择默认的未指定，连接类型选择TCP连接，标识号选择002A050，本地端口号设置为2000。远程IP地址和端口号默认为空白。以上步骤完成后，应对配置进行保存、编译及下载，否则通信连接不能设置成功。如图3所示。

OB1为PLC的主模块，即PLC的程序执行总是从OB1开始。打开OB1模块进行通讯部分程序编写，从库函数中分别插入FC5和FC6，用于PLC和C#的数据发送和接收。如图4所示。新建DB1和DB2数据块，分别用来对发送和接收的数据做存储处理，CP343-1和C#发送以及接收数据长度为10 WORD。FC5为信息发送功能块，EN为该功能块的使能端，ID和LADDR为配置硬件时自动生成的，按照硬件配置填写即可。SEND为发送数据的起始地址，该位置应引用指针变量，LEN为发送数据的长度，单位是WORD，DONE为发送数据结束通知位，数据发送完成后，在PLC的一个扫描周期内该位置“1”。ERROR为出错通知位，使用FC5功能块发送数据出错时，该通知位将在一个周期内置“1”，STATUS为发送状态字，可以用来查询发送数据的状态。实际发送数据时，当ACT被触发后，指针指向的起始地址P#DBl.DBX0.0以后的10个字被发送。FC6为信息接收功能块，各个引脚功能与发送功能块类似，在此不做赘述。当有新信息传送时，NDR通知位M4.1置1，代表有新的数据从C#传输到PLC中。新的数据临时存放在指针变量P#DB2.DBX0.0指向的起始地址为DB2.DBW0以后的10个字中。可用M4.1作为条件把新的数据拷贝到其他的DB数据区中做处理。

3应用实例

3.1系统模型

把第2节介绍的方法应用于实际工程项目。如图5所示，该系统为某化工厂成品物料后处理系统中的垛盘输送系统。该系统完成的功能：对上游包装机系统处理好的成品物料在托盘上进行码垛。码垛完成的物料垛盘被自动地输送至薄膜缠绕工位进行缠膜，以防止物料潮湿。缠膜完成后，垛盘自动地被输送至贴标工位。当垛盘在该工位停稳后，PLC把需贴标的信息经过C#中转后送入贴标机，控制其对物料贴标签。PLC收到贴标完成信号后，控制垛盘输送机运行，把物料输送至电梯井中升降轿厢中，升降机自动把物料垛盘提升至二楼。升降机停稳后，轿厢输送机及垛盘缓存工位处输送机同时运行，带动垛盘经由垛盘缓存工位进入立体库系统，完成一垛物料的生产。本案例中，物料工位间的输送均携带有垛盘上的物料信息。

3.2信息傳递过程设计

系统运行后，操作人员使用c#软件从用户数据库找到当前生产的物料信息，通过以太网通讯把物料信息发送给PLC。PLC根据当前生产班组，把从触摸屏收到的牌号、生产流水号等信息自动累加，把累加结果储存到指定的DB数据存储区，再把从C#接收到的物料信息等（包括批次号、班组号等信息）存储到相应的DB数据存储区。当码垛完成一垛新的物料后，PLC收到机器人码垛完成信号，触发垛盘从码垛工位输送至薄膜缠绕工位。利用PLC工位间的传送记忆中间变量，把当前生产班组、物料生产流水号、批次号、牌号等信息连同垛盘一起传送至下一工位，其中信息传递采用SFC20，如图6所示，为本案例中相邻工位信息传递程序。

SFC20为数据存储、移动功能块。使用SFC20“BLK-MOV”（块移动）可将存储器区（=源区域）的内容复制到另一个存储器区（=目标区域）。M1.0为ON时为系统进入运行状态，Q36.3和Q36.4分别为薄膜缠绕工位与贴标电机运行，DB6.DBX1.6为上一工位向下一工位运行中间过程记忆，垛盘被输送至下一工位触发薄膜缠绕工位检测开关后，该中间变量被复位。DB10.DBW80至DB10.DBW118区域为薄膜缠绕工位的信息记忆存储区。垛盘输送至贴标工位时，PLC把信息发送给组态好的贴标机，对垛盘上的物料自动贴标签。垛盘进入立体库系统时，PLC把相应的物料进入联锁请求信号以及生产过程信息一并发送给C#，C#根据收到的立体库系统状态，把信号反馈给PLC。

4结束语

本文结合西门子PLC的以太网通讯模块，使用TCP/IP协议与第三方C#软件，提出了一种带有信息自动化的垛盘输送生产线控制系统设计方法。实际应用结果表明了其有效性，本研究得出以下主要结论。

（1）生产线上各个工位的生产信息清晰明了，便于查看。

（2）由于物料带有生产信息，使得贴标机标签信息更加全面，丰富了用户的产品数据库。

（3）与下游立体库系统交接时，免去了以往信息交互需人工参与的麻烦。

（4）为中小型自动化生产线控制系统实现订单式、数字化生产提供设计思路。