精密箱体柔性制造系统网络通信的实现_邱红

项目通过编程诊断组织块，对从站系统的电源丢 失、变量表监视、局部变量监控、故障处理中断等进行 监控，防止某个从站的故障造成整个 PROFIBUS 主站 系统停机。如图 7 所示，现场总线加工单元、物流小车 单元、物流主控系统设计各自完善的故障诊断控制程 序，构成对整个 FMS 网络通信系统的监控，其监控内 容如框图中各 OBxx 功能块说明。
* 云南省重点产业创新工程项目“FMS 柔性制造系统研究开发”（ 2008IC003） · 130 ·
网络的实时性和准确性要求很高。PROFIBUS － DP 协 议是基于主 － 从原则的，本项目采用单主站网络配置 结构。物流控制系统的主控 PLC 和带有 CP5613A2 通 信网卡的 WinCC 上位机组成主控站，主要任务是控制 物流系统从站设备，在数据交换阶段，主站有规律地轮 询从站设备。现场 7 台加工设备、物流小车和 7 套射 频识别系统组成物流系统的智能从站，接受主站对其 初始化配置（ 设置参数和检查组态） ，并以被轮询的方 式周期地与主站交换数据。工业以太网络用于 FMS 信息管理系统与物流控制系统之间、现场控制系统与 企业管理系统之间的数据通信，网络上传输的是生产 计划信息、加工系统的生产数据、设备运行数据、刀具 数据和 加 工 程 序 数 据，通 过 MCIS （ Movement Control Information System） 系统实现 FMS 的信息与管理功能。
精密箱体柔性制造系统网络通信的实现*
邱 红 严江云 张 韬 封光磊
（ 沈机集团昆明机床股份有限公司，云南 昆明 650203）
摘 要：基于昆机 FMS1600 精密箱体类柔性制造系统的系统集成控制解决方案，介绍了 FMS 系统网络通 信结构、设备组态及通信方式，解决了 PROFIBUS 现场总线与企业生产计划管理层集成不足的问 题。采用 PROFIBUS － DP 现场总线和工业以太网双层网络结构，组成通信与控制紧密结合、控制 与管理一体化的 FMS 控制系统，该系统经实际应用，实现了 FMS 全自动集成控制功能，取得了良 好的经济效益。
Abstract： Based on the solution of our company's precision box － type FMS1600 integrated control，this article introduces the structure of network communication，equipment configuration and communication mode， and resolves the lack of integration of PROFIBUS and enterprise production planning management． We use a double structure of network including PROFIBUS － DP and industrial ethernet to form the control system of FMS with close association of communication ＆ control，and integration of control and management． Through practical operation，it has realized the automatic function of FMS integrated control and acquired better economic benefits．
特征信息需要通过 GSD（ General Station Description） 文 件创建设备链接，GSD 描述文件包括通信参数、插入 模块数量及类型、模块所处位置位、模块参数和出错文 本等信息。图 2 是使用 STEP7 软件的“HW Config”工 具设置 S7 － 300 CP 342 － 5 DP 通信模块的方法。
组态就是用应用软件中提供的工具和方法，完成 工程中某一具体任务的过程。组态软件是有专业性 的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。
本项目 FMS 集成了众多现场设备，需要通过组态 方法统一到 物 流 控 制 系 统，实 现 统 一 调 配、控 制 和 管 理。项目采用西门子 STEP7 组态软件工具构建物流 主站系统与物流从站 PLC 控制系统、射频识别系统之 间的通信连接。PLC 控制系统采用通信模块 CP 342 － 5 DP 进行数据交换，射频识别系统通过 ASM456 通 信模块与 PLC 控制系统进行数据交换。通信模块的
设备控制级： 设备层的 S7 － 300 型 PLC 控制系统 作为 FMS 的智能从站，通过现场级网络连接到现场控 制级的主控 PLC 系统，接受主控 PLC 的控制指令； 而 840D 数控系统的 HMI 系统则通过工业以太网连接到 现场级信息管理系统，为系统采集底层设备的信息数 据、下载程序数据提供技术支撑。
主站虚拟缓冲区的数据周期性地写到从站的输出 通道上，周期性读取的来自从站的数值存放在输入缓 冲区，整个过程由主站的 CP342 － 5 与从站的 CP342 － 5 之间自动协调完成，不需要再编写数据交换程序，但 是需要在主站 PLC 程序调用 FC5 和 FC6 建立通信接 口区； 从站的 PLC 控制程序中通过功能组织块 OB35 周期性地调用数据发送软件功能块 FC105 和数据接 收软件功能块 FC106，来读写 CP342 － 5 内部缓冲区的 数据。参数“SEND”和“RECV”指定的 DP 数据区可以是
图 3 中 MAIN PROFIBUS 总线是 FMS 设备的网络 通信总线，加工单元 OP10 至 OP70 的网络通信 IP 地 址从 101 到 107； 小车 XC 的 IP 地址是 108、主控 RFID 通 信 模 块 ASM 456 的总线，其通信地址是92 。至此总线上所有
企业级网络： 用于企业的上层管理，为企业提供生 产、经营、管理等数据，通过信息化的方式优化企业资 源。
现场级 网 络： 介 于 企 业 级 和 设 备 级 之 间，包 含 PROFIBUS － DP 网络和工业以太网。PROFIBUS － DP 网络通信主要作用是解决物流控制系统主控 PLC 与 设备层 PLC 控制系统之间控制信号的传输和通信，对
通信验证： 通信验证程序结构见图 6。 图 6 所示 FMS 网络通信监控分别在主控站和从 站的控制程序中编程周期性组织块 FB135，每隔 100 ms 将数据发送区的某个字（ 本项目是 STAT3） 的值增 加一定的值（ 主控站为 3，从站为 4） ，当监控脉冲连续
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累加到参数 IN1 规定的数值（ 主控站为 3，从站为 4） ， 说明与某个从站通信中断，此时发出从站通信中断的 报警，进行故障处理。
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设备在通信结构中的物理位置、IP 地 址 都 进 行 了 分 配，完成了 PROFIBUS 通信的基础构架。
3 PROFIBUS － DP 主—从站之间的通信实现
如前 所 述，项 目 PROFIBUS － DP 总 线 的 配 置 是 主—从网络系统，1 个主站控制 1 组从站，总线通信方 式是 1 个主站轮询多个从站。并且 PROFIBUS － DP 主站和从站都配置了通信模块 CP342 － 5，使用基于 PROFIBUS － DP 通信协议。CP342 － 5 与 CPU 上集成的 DP 接口不一样，它对应的通信接口区不是实际的输入/ 输出接口区（ I 区/ Q 区） ，而是虚拟通信区，需通过通信功 能模块传输数据。本项目主站编程 FC5 和 FC6 通信功能 块，从站编程 FC105 和 FC106 功能块见图 4。
过程映像区（ I / O） 、存储器区（ M） 或数据块（ DB） 区。 PLC 控 制 程 序 要 为 数 据 发 送 软 件 功 能 块 FC 5
（ FC105） 的参数“SEND”指定需要发送的数据的数据 存储区，以便 按 照 参 数“SEND ”指 定 的 区 域 把 数 据 传 送到 CP342 － 5 的输出缓冲区。同样，也要为数据接 收软件功能块 FC6 （ FC106） 的参数“RECV”指定接收 数据的数据接收区，系统才能把从 CP342 － 5 的输入 缓冲区接收到的来自 I / O 的过程数据，存入参数“RECV”指定的 CPU 中的数据接收区。同时还要为 FC5 （ FC105） 和 FC6（ FC106） 通行功能块设置数据传送起 动条件，当启动条件参数“DONE ”为 1、错误判定参数 “ERROR ”和 数据传送执行结果参数“STATUS”为 0 时，可以认为数据被正确地传送到了通信伙伴。网络 通信见图 5。
关键词：组态 PROFIBUS － DP S7 － 300 GSD 文件 CP342 － 5 通信处理器 WinCC 中图分类号：TP278 文献标识码：A
The realization of the precision box － type FMS network communication
QIU Hong，YAN Jiangyun，ZHANG Tao，FENG Guanglei （ Shenji Group Kunming Machine Tool Co． ，Ltd． ，Kunming 650203，CHN）
Keywords： Configuration； PROFIBUS － DP ； S7 － 300；GSD（ General Station） ； CP342 － 5 DP Communication Processor； WinCC（ Windows Control Center）
随着市场竞争的激烈，企业在市场上面临越来越 大的竞争压力。企业基于快速响应市场变化、并同时 满足成本和质量控制的需求，需要将整个工厂的生产 流程和自动化控制系统纳入到统一的信息管理平台， 形成控制信息与管理信息对接、管控一体化的自动化 管理系统。基于此，昆明机床股份有限公司（ 简称昆 机） 研发的精密箱体柔性制造系统 FMS1600 系统集成 控制解决方案提出了通过构建现场级 PROFIBUS 通信 网络和工业以太网双层网络通信系统，组成连接设备 层、现场控制层和企业级通信网络的解决方案，帮助企 业实现自动控制、信息共享、资源优化的集成自动化管 理。