基于西门子PLC的柔性制造系统实现

软件， 在此基础上开发的监控系统可以实时监视整个系 统的运行状态。系统网络结构如图 １ 所示。
Ｓ７－ ３００ 一类主站 ＰＬＣ
ＰＣ 机 ＣＰ５６１１ ＳＴＥＰ７ ＷＩＮ ＣＣ
二类主站
ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ
单元层
Ｓ７－ ２００ ＰＬＣ
ＰＣ 机
Ｓ７－ ２００
ＳＴＥＰ７ …… ＰＬＣ
ＰＣ 机
Ｓ７－ ２００
１ 柔性制造系统结构
本系统采用三层式分层递阶控制结构， 含两个主 站、七个从站。可以自动完成一套完整的送料、加工、 检测、分拣、存储工序。其中主站相当于单元层控制系 统， 各从站组成工作站层， 各从站的传感执行器组成设 备层。
各从站与本站的传感执行器共同完成本站的控制 及加工功能， 分别实现工序中的一部分， 主站负责协 调整个系统的工作。主站之间、主站与从站之间可以 通信信要求， 但需要由主站发起， 从站只能响应主站 的通信要求。
柔 性 制 造 系 统 ＦＭＳ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ） 是一个由计算机集成管理和控制的、用于高效地制造 中 小 批 量 多 品 种 产 品 的 自 动 化 制 造 系 统 。 典 型 的 ＦＭＳ 由加工设备系统、物料储运系统和信息控制系统组 成。柔性制造系统要实现物流、设备、信息的三重控 制 功 能 ， 通 常 采 用 分 层 递 阶 结 构 。 最 基 本 的 ＦＭＳ 通 常采用单元层、工作站层和设备层三级分布式计算机 控制系统， 其中单元层控制系统是柔性制造系统的核 心 ［１－ ３］。
系 统 采 用 双 绞 线 作 为 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 传 输 介 质 ， Ｓ７－ ３００ （ ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ） 作为一类主站， ＰＣ 机 作为 二 类 主站， ７ 台 Ｓ７－ ２００ 分别作为七个从站。ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ 集 成 了 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现 场 总 线 接 口 装 置 ， 可 直 接 与 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现 场 总 线 连 接 ， ＰＣ 机 插 有 ＣＰ５６１１ 卡 ， 通过该卡连接到 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现场总线， ＣＰＵ２２６ 通过 ＥＭ２７７ 模块连 接 到 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现 场 总 线 上 ， 并通 过 该模块与主站通信。
［４］ 李正 军． 现场 总 线与 工 业以 太 网及 其 应 用系 统 设 计［Ｍ］． 北 京：人民邮电出版社，２００６：６６－ １３３．
［５］ 雷 霖． 现 场 总 线 控 制 网 络 技 术［Ｍ］． 北 京：电 子 工 业 出 版 社， ２００４：１６５－ ２１２．
［６］ 崔坚． 西门子工业网络通信指南：上册［Ｍ］． 北京：机械工业出 版社，２００４：３２６－ ３３６．
２ 柔性制造系统的西门子 Ｐ ＬＣ 实现
基于以上设计思想， 鉴于现代制造业仍大量使用 ＰＬＣ 控制， 且 ＳＩＥＭＥＮＳ 公司的 Ｓ７－ ３００ （ ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ） 、 Ｓ７－ ２００ （ ＣＰＵ２２６） 工 作 可 靠 应 用 广 泛 ， 本 系 统 采 用 了 这 两种 ＰＬＣ， 其 中 Ｓ７－ ３００ 用 作 一 类 主 站 ， Ｓ７－ ２００ 用 于 从 站 。 为 了 实 现 主 从 站 之 间 的 通 讯 ， 采 用 了 ＳＩＥＭＥＮＳ 公司的 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现场总线及 ＥＭ２７７ 通讯模块。对 各 个 从 站 分 别 配 有 ＰＣ 机 ， 各 ＰＣ 机 均 安 装 有 ＳＩＭＡＴＩＣ ＳＴＦＰ７ 编 程 软 件 ， 可 用 于 程 序 编 制 和 修 改 。 用 一 台 ＰＣ 机 担 任 二 类 主 站 ， 该 ＰＣ 机 通 过 ＣＰ５６１１ 连 接 到
应性强。通过对柔性制造系统结构的分析， 给出了一个简易柔性制造系统的设计思路， 并阐
述了用西门子可编程控制器和 ＰＲ ＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现场总线技术实现该柔性制造系统的方法。
关键词： 柔性制造系统； 可编程控制器； 现场总线
中图分类号： ＴＰ２７３
文献标志码： Ｂ
文章编号： １６７２－ ６１３８（ ２００７） ０３－ ００３１－ ０３
参考文献：
［１］ 徐杜． 柔性制造系统原理与实践［Ｍ］． 北京：机械工业出版社， ２００１：４５－ ６８．
［２］ 李 秘 ． 柔 性 制 造 系 统 技 术 及 其 发 展 ［Ｊ］．ＰＬＣ＆ＦＡ，２００６， （８）： １１－ １６．
［３］ 党保华． 基于 ＰＲＯＦＩＢＵＳ 现场总 线 的准 柔 性生 产 线 控制 系 统的设计［Ｊ］． 矿山机械，２００６，（７）：１０４－ １０５．
图 ２ 张力形成工艺示意图
３２
第３期
李 玲： 基于西门子 Ｐ ＬＣ 的柔性制造系统实现
在 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 网 络 中 ， 主 站 和 从 站 的 ＤＰ 地 址 都 是 唯 一 的 。本 系 统 将 一 类 主 站 ＤＰ 地 址 配 置 为 １， 七 个 分 站 ＤＰ 地 址 分 别 配 置 为 ２、３、４、５、６、７、８， 二 类主站 ＤＰ 地址配置为 ９。
系统通信过程如下： 令牌在一类主站和二类主站之 间循环， 得到令牌的主站可以控制总线， 可以向从站和 另一个主站发送信息或请求， 从站将请求信息与自身配 置参数相比较， 参数一致的从站响应请求信息， 执行相 关操作， 并反馈相应信息。
在二类主站上还装有 ＷＩＮ ＣＣ 监控程序包， 它是一 个集成的人机界面系统和监控管理系统， 可以通过组态 自 由开 发 出 自 己 的 监 控 软 件。ＷＩＮ ＣＣ 与 从 站 之 间 不 能 直接通信， 只有当从站的数据采集到主站之后才能与 ＷＩＮ ＣＣ 用户程序交换。
ＰＲＯＦＩＢＵＳ 是作 为 德 国 国 家 标 准 ＤＩＮ １９２４５ 和 欧 洲 标 准 ＰＲＥＮ５０１７０ 的 现 场 总 线 ， 由 西 门 子 公 司 为 主 的 十 几 家 德 国 公 司 和 研 究 所 共 同 推 出 。 ＰＲＯＦＩＢＵＳ 由 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ、 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＦＭＳ、 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＰＡ 三 部 分组成 。本 系 统采 用 的 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现 场 总 线 用 于 分 散外设间的高速传输， 适用于加工自动化领域的应用。
考虑到 ＰＬＣ 的 Ｉ／Ｏ 点数和内存容量有限， 且其软件 开发能力、数据处理能力和图形显示能力都不及微机，
采 用 了 ＰＬＣ 和 ＰＣ 机 双 互 补 主 站 。 其 中 Ｓ７－ ３００ 一 类 主 站负责完成整体控制过程， 同 时 与 ＰＣ 机 二类 主 站 交 换 数 据 。ＰＣ 机 二 类 主站 则 运 行 组 态 软 件 包 ＳＴＥＰ７ 和 监 控 软件， 并对设备进行硬件配置、从站输入输出读入、组 态数据读入和从站地址更改等服务。
收稿日期： ２００７－ ０４－ １８ 作者简介： 李 玲 （ １９８０－） ， 女， 湖北应城人， 助教， 硕士， 研究方向： 计算机控制技术。
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顺德职业技术学院学报
第５卷
ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 总线上， 可以通过 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 总线与 一类 主 站 和 从 站 通 信 。该 ＰＣ 机 上 还 装 有 ＷＩＮ ＣＣ 监 控
现场总线技术是用于现场仪表和控制系统之间的 一种全分散、全数字化、互连、多站点的串行通信技 术， 被誉为自动化领域的局域网。它特别适合于组成分 布式计算机控制系统， 将各分散的测控设备编成网络节 点， 以现场总线网络为传输纽带， 实现节点互连、共同 完 成 自 控 任 务 ［４］。
目前， 柔性制造系统与现场总线技术均已得到广泛 应用。将现场总线引入柔性制造系统中， 以现场总线作 为传输网络， 结合柔性制造系统思想， 组成全数字式柔 性制造系统网络不仅可行且兼具二者优点。结构简单， 易于实现， 可大大减少接线工作量， 降低维护周期。本 文采用国内应用广泛的 ＰＲＯＦＩＵＳ－ ＤＰ 现场总线作为传输 网络， 并利用西门子 Ｓ７ 系列 ＰＬＣ 作 为 控 制 站 ， 实 现 了 全数字式的柔性制造系统。
创建一个 Ｓ７－ ３００ 项目
添加 ＰＴＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 总线
配置 Ｓ７－ ３００ ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ （ ＤＰ ｍａｓｔｅｒ ｓｙｓｔｅｍ （ １） ）
添加 ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＳＵＢＥＮＴ
配置 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ参数
添加配置从站 ＥＭ２７７ １￣７
添加、配置 ＰＣ ＣＰ５６１１ （ ＤＰ Ｍａｓｔｅｒ Ｃｌａｓｓ２）
第５卷 第３期 ２００７ 年 ９ 月
科技与应用
顺德职业技术学院学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｕｎｄｅ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ
基于西门子 ＰＬＣ 的柔性制造系统实现
Ｖｏｌ． ５ Ｎｏ． ３ Ｓｅｐｔ． ２００７
李玲
（ 顺德职业技术学院 电子工程系， 广东 佛山 ５２８３３３）
摘 要： 柔性制造系统能根据产品变化的要求， 在短时间内完成系统改造， 维护成本低， 适
３ 结语
柔性制造系统采用了 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 现场总线技术 与ＰＬＣ 控制技术， 结构简单， 容易实现， 系统维护时间 短， 且转型简单， 更能实现柔性生产。本系统已成功实 现并应用于某高校实验教学， 系统运行效果良好， 可 ２４ 小时无人看管运行。
从发展的角度来看， 该系统还可以继续提高集成 度， 可以在设备层和工作站层之间运用设备级现场总线
ＳＴＥＰ７ 软件 可 以 实 现 硬 件 组 态 、参数 设 置 、编 程 、 测 试 、 调 试 和 文 档 处 理 等 功 能 。 用 ＳＴＥＰ７ 软 件 对 Ｓ７－ ３００ （ ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ） 进 行 配 置 时 ， 应 将 Ｓ７－ ３００ （ ＣＰＵ３１５－ ２ＤＰ） 配置为 ＤＰ－ Ｍａｓｔｅｒ （ 即一类主站） ， 并分 配 好 自 身 ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ ＤＰ 网 络 地 址 、 配 置 ＤＰ 速 率 、 协 议 类 型 、从 站 类 型 、从 站 ＤＰ 地 址 以 及 从 站 相 关 参 数 。 软 件 设 置 的 从 站 地 址 必 须 与 ＥＭ２７７ 模 块 的 地 址 设 定 旋 转 开 关 设 定 值 相 匹 配 。配 置 二 类 主 站 时 ， 要 将 ＣＰ５６１１ 设置为 ＤＰ Ｍａｓｔｅｒ Ｃｌａｓｓ ２ （ 即二类主站） ， 并与一类 主 站 从属于一个系统［６－７］。系统的配置过程如图 ２ 所示。