基于PPI通讯协议的FMS系统通讯

摘 要 本文以西门子公司S7-200系列的小型PLC作为控制系统的核心控制部件，选用廉价、可靠、高效的PPI通讯网络作为FMS的通讯方式，使用PPI通讯协议来解决实时通信难题，介绍了PPI通信网络的配置方法，提出了单元层与设备层之间通信问题解决的具体实施方法。详细阐述了管理层与单元层、单元层与设备层，以及设备层之间通信功能的实现。

关键词 PPI协议；实时通信；S7-200；PLC程序

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）197-0068-02、

在FMS运行时，单元层与设备层之间的实时通信是关键，及时准确地获取生产过程中的信息对上位机至关重要。文中通过使用PPI通讯协议来解决实时通信难题，提出了单元层与设备层之间通信问题解决的具体实施方法[1]。

1 S7-200 CPU的PPI通讯方式

以西门子公司S7-200系列的小型PLC作为核心控制部件，其PLC编程口物理层为RS-485结构，西门子提供MicroWin软件，采用PPI协议传输、调试PLC程序。

PPI是一种主—从协议，是西门子为S7-200系统开发的通讯协议。主站设备发送要求，从站设备响应。从站不主动发信息，只是等待主站的要求和对要求做出响应。多台S7-200 CPU网络通讯时，利用PPI通讯协议进行通讯，只用NETR和NETW两条语句即可进行数据信号的传递，不需额外再配置模块或软件。

2 FMS的通讯系统的总体结构

FMS采用设备层、单元层和管理层三级递阶式通信结构。设备层主要负责对设备进行实时控制、信息采集和信息反馈。单元层负责加工信息的采集、处理和储存，工作计划的制定、任务的分配和调度、系统状态的监控等。管理层的任务为调取加工数据，获取加工信息，以及制定CAD/CAPP/CAM作业等。

2.1 管理层与单元层之间通信

管理层与单元层的通信通过工业以太网实现，采用TCP/IP协议，简单实用，应用领域宽，管理层用戶可通过以太网与单元层相联，将生产任务、计划的变更、数控代码以及工艺路线等信息通过以太网传递给单元层。该通信方法具有快捷、简单、投入成本低的特点。在该FMS中，管理层的主要功能是浏览加工信息，单元层把采集来的加工信息存放到单元层控制计算机中的加工信息数据库中，管理层计算机通过局域网就可以浏览到这些加工信息。

2.2 单元层与设备层之间的通信

该FMS中设备层主要包括：链式运输机控制柜，数控车床机械手控制柜，数控铣床机械手控制柜，以及数控车床、数控铣床加工系统。系统的单元层与设备层的通讯主要以PPI通讯方式实现，数控代码的传输主要通过DNC接口实现。

在该FMS中，单元层的上位机作为主站与另外3个PLC通过PPI网络连接在一起，其中链式运输机PLC在编程时被定义为了主站，其他两个机械手PLC作为从站，通过网络连接器与主站PLC连接，同时主站PLC又通过PC/PPI电缆与单元层控制上位机通信，组建成一个多主站多从站的PPI网络。

链式运输机PLC的主要功能：准确判断工件编号以及所需要的加工机床，把运输机上工件准确的运送到加工机床前。另外链式运输机PLC作为主站还需要与另外两个PLC不断交换信息，链式运输机PLC利用网络读指令收集数控车床机械手、数控铣床机械手动作信息，以及每个机床的加工状态信息，并把这些信息传递给上位机。同时上位机下达动作命令到链式运输机PLC，链式运输机PLC在通过网络写指令把这些命令传递给另外两个PLC。

数控车床机械手PLC和数控铣床机械手PLC主要功能：其控制各自的机械手准确动作，采集加工过程中的各种信息，并存放在各自的信息存储单元中，以便链式运输机PLC及时、准确地读取。另外他们还要与数控机床的控制系统通讯，控制数控加工系统的启停指令。

上位机作为主站其主要功能：完成系统的组态，监控以及PLC的编程。上位机通过组态软件MCGS编制组态界面，实现加工过程的实时监控，同时通过组态软件中的设备组态实现实时与主站PLC交换加工信息。在组态界面中的操作指令通过PC/PPI电缆传输到主站PLC中，主站PLC在把这些信息传达到从站中，由从站的I/O设备执行动作。

建立多主站多从站的PPI网络不仅能够满足高速、准确、可靠的要求，而且组建简单、经济、易维护，达到了高速、准确、可靠。

2.3 单元层与数控系统之间的通信

在FMS中，由CNC接口实现单元控制器与加工机床之间的通信。控制系统对数控机床机械手抓取工件和自行改造的机床夹具和机床气动门的动作进行控制和检测。更要根据控制要求下达启动命令，检测程序结束状态。

1）数控铣床系统与数控铣床控制系统之间的通讯连接。数控铣床系统中有一组开关量输入接口JIN PORT和一组开关量输入接口JOUT PORT，开关量输入接口的+24V、GND电源与开关量输出接口中的+24V、GND电源在CNC系统内部连接在一起，外部电箱需从JOUT接口向CNC系统提供+24V、GND电源。只有该电源正常提供，CNC系统的开关输入输出才能正常工作。开关量输出接口用于控制机床的强电开关动作，由于CNC系统的开关量输出功率小，必须由CNC系统控制外部中间继电器，由中间继电器的触点在控制开关量动作或接触器动作。2）数控车床系统与数控车床控制系统之间的通讯连接。数控车床系统没有设置辅助指令，需进行改造。即把数控车床控制系统的启动加工信号与数控车床系统的启动按钮并联，从而在不用更动机床原有控制系统硬件结构，实现单元控制器与机床的通信。在加工程序完成后，退刀程序始终让XY工作台退到固定位置，以便触发开关信号，说明加工完成。实现数控系统与其控制系统的通信。

控制系统通过PPI网络与单元控制器通信。而PPI用于设备级控制的总线协议，每个从站最大输入输出数据量是16个字节，因而在该总线上不适合用于NC加工程序的传输。从单元层到各机床的NC程序的传输经机床DNC接口完成。

3 结论

本文使用PPI通讯协议来解决实时通信难题，介绍了PPI通信网络的配置方法，提出了单元层与设备层之间通信问题解决的具体实施方法。详细阐述了管理层与单元层，单元层与设备层，以及设备层之间通信功能的实现。

参考文献

[1]《柔性制造系统》编委会.柔性制造系统[M].北京：兵器工业出版社，1995.

[2]王仁祥.常用低压电器原理及其控制技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

推荐访问： 通讯协议 通讯 系统 PPI FMS

---