1 自動智能倉儲系統(tǒng)簡介
智能倉儲系統(tǒng)是集機(jī)、電、微機(jī)、數(shù)據(jù)庫為一體的產(chǎn)品。使用智能倉儲系統(tǒng)的目的是能高效率地利用存儲空間提高保管使用率且存放安全。可編程控制器plc以其可靠性、靈活性、適應(yīng)工廠現(xiàn)場控制等諸多優(yōu)點(diǎn)在自動倉儲控制系統(tǒng)中得到了充分體現(xiàn)。plc能對上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷完成數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算輸入輸出控制等功能，然后把指令發(fā)給變頻器控制電機(jī)操作完成動作。
2 自動智能倉儲系統(tǒng)組成
本例智能倉儲系統(tǒng)的現(xiàn)場人機(jī)界面采用觸摸屏，對電機(jī)的控制采用變頻器，控制系統(tǒng)主控單元采用siemens s7-200 plc。智能倉儲系統(tǒng)中plc的輸入設(shè)備有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)，輸出設(shè)備有繼電器、接觸器。因智能倉儲系統(tǒng)的輸入量太多，本項(xiàng)目采用了兩個plc數(shù)字量擴(kuò)展模塊em221，如圖1所示。
圖1 em221擴(kuò)展智能倉儲系統(tǒng)的外接輸入圖
3 plc與外部設(shè)備的通信協(xié)議
西門子s7- 200系列的plc可以在四種通信模式下工作：ppi模式、mpi模式、profibus - dp模式和自由口通信模式。
ppi協(xié)議用于點(diǎn)對點(diǎn)接口, 是一個主/從協(xié)議。ppi方式用于與西門子公司的plc編程器或其它產(chǎn)品通信其通信協(xié)議是不公開的。
mpi協(xié)議適用于多點(diǎn)接口, 可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。
profibus-dp是西門子支持的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。這種方式使得plc可通過profibus的dp通信接口接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)從而擴(kuò)大plc的使用范圍。
自由口(freeport)通信模式是對用戶完全開放的。自由口通信模式是由用戶程序來控制cpu的串口通信。它是s7-200系列plc一個很有特色的功能。
本項(xiàng)目選用的s7200-226有兩個通信口，一個通過em277采用mpi協(xié)議與觸摸屏通信，一個采用自由口通信與變頻器通信。在軟件編寫時，采用使用ppi協(xié)議pc/ppi電纜與pc通信。
3.1 使用ppi協(xié)議的plc編程電纜
本例智能倉儲系統(tǒng)的plc程序在pc(個人計(jì)算機(jī))上使用西門子的step7-micro/win32軟件編寫，step7-micro/win32是用于s7-200系列plc的開發(fā)工具，它使用pc機(jī)上的com口通過一條pc/ppi編程電纜連到plc的編程口上。雖然pc機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為rs232，但西門子公司提供的pc/ppi電纜帶有rs232/rs485電平轉(zhuǎn)換器因此在不增加任何硬件的情況下可以很方便地將plc和pc機(jī)互聯(lián)。運(yùn)行軟件step7－micro/win32的pc(個人計(jì)算機(jī))可以認(rèn)為是一個ppi主站。
1 自動智能倉儲系統(tǒng)簡介
智能倉儲系統(tǒng)是集機(jī)、電、微機(jī)、數(shù)據(jù)庫為一體的產(chǎn)品。使用智能倉儲系統(tǒng)的目的是能高效率地利用存儲空間提高保管使用率且存放安全。可編程控制器plc以其可靠性、靈活性、適應(yīng)工廠現(xiàn)場控制等諸多優(yōu)點(diǎn)在自動倉儲控制系統(tǒng)中得到了充分體現(xiàn)。plc能對上位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷完成數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算輸入輸出控制等功能，然后把指令發(fā)給變頻器控制電機(jī)操作完成動作。
2 自動智能倉儲系統(tǒng)組成
本例智能倉儲系統(tǒng)的現(xiàn)場人機(jī)界面采用觸摸屏，對電機(jī)的控制采用變頻器，控制系統(tǒng)主控單元采用siemens s7-200 plc。智能倉儲系統(tǒng)中plc的輸入設(shè)備有按鈕、行程開關(guān)、接近開關(guān)，輸出設(shè)備有繼電器、接觸器。因智能倉儲系統(tǒng)的輸入量太多，本項(xiàng)目采用了兩個plc數(shù)字量擴(kuò)展模塊em221，如圖1所示。
圖1 em221擴(kuò)展智能倉儲系統(tǒng)的外接輸入圖
3 plc與外部設(shè)備的通信協(xié)議
西門子s7- 200系列的plc可以在四種通信模式下工作：ppi模式、mpi模式、profibus - dp模式和自由口通信模式。
ppi協(xié)議用于點(diǎn)對點(diǎn)接口, 是一個主/從協(xié)議。ppi方式用于與西門子公司的plc編程器或其它產(chǎn)品通信其通信協(xié)議是不公開的。
mpi協(xié)議適用于多點(diǎn)接口, 可以是主/主協(xié)議或主/從協(xié)議。
profibus-dp是西門子支持的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。這種方式使得plc可通過profibus的dp通信接口接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)從而擴(kuò)大plc的使用范圍。
自由口(freeport)通信模式是對用戶完全開放的。自由口通信模式是由用戶程序來控制cpu的串口通信。它是s7-200系列plc一個很有特色的功能。
本項(xiàng)目選用的s7200-226有兩個通信口，一個通過em277采用mpi協(xié)議與觸摸屏通信，一個采用自由口通信與變頻器通信。在軟件編寫時，采用使用ppi協(xié)議pc/ppi電纜與pc通信。
3.1 使用ppi協(xié)議的plc編程電纜
本例智能倉儲系統(tǒng)的plc程序在pc(個人計(jì)算機(jī))上使用西門子的step7-micro/win32軟件編寫，step7-micro/win32是用于s7-200系列plc的開發(fā)工具，它使用pc機(jī)上的com口通過一條pc/ppi編程電纜連到plc的編程口上。雖然pc機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為rs232，但西門子公司提供的pc/ppi電纜帶有rs232/rs485電平轉(zhuǎn)換器因此在不增加任何硬件的情況下可以很方便地將plc和pc機(jī)互聯(lián)。運(yùn)行軟件step7－micro/win32的pc(個人計(jì)算機(jī))可以認(rèn)為是一個ppi主站。
3.1.1 pc/ppi電纜的連接
將pc/ppi電纜有“pc”的rs-232端連接到計(jì)算機(jī)的rs-232通信接口，標(biāo)有“ppi”的rs-485端連接到cpu模塊的通信口，擰緊兩邊螺絲即可。
pc/ppi電纜上的dip開關(guān)選擇的波特率應(yīng)與編程軟件中設(shè)置的波特率一致。初學(xué)者可選通信速率的默認(rèn)值9600bps。4號開關(guān)為1，選擇10位模式，4號開關(guān)為0是11位模式，5號開關(guān)為0，選擇rs-232口設(shè)置為數(shù)據(jù)通信設(shè)備(dce)模式，5號開關(guān)為1，選擇rs-232口設(shè)置為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(dte)模式。未用調(diào)制解調(diào)器時4號開關(guān)和5號開關(guān)均應(yīng)設(shè)為0。
3.1.2 pc/ppi電纜通信設(shè)置
step7--micro/win 32的指令樹中單擊“通信”圖標(biāo)，或從菜單中選擇“檢視→通信”選項(xiàng)，將出現(xiàn)通信設(shè)置對話框，“→”表示菜單的上下層關(guān)系。在對話框中雙擊pc/ppi電纜的圖標(biāo)，將出現(xiàn)pc/pg接口屬性的對話框。單擊其中的“屬性(properties)”按扭，出現(xiàn)pc/ppi電纜屬性對話框。初學(xué)者可以使用默認(rèn)的通信參數(shù)，在pc/ppi性能設(shè)置窗口中按“default(默認(rèn))”按扭可獲得默認(rèn)的參數(shù)。
3.2 plc與變頻器間的自由口通信模式
在工業(yè)控制中，交流電機(jī)的拖動越來越多的由變頻器完成，傳統(tǒng)的變頻拖動控制采用開關(guān)量和模擬量信號對變頻器進(jìn)行控制，信號易受干擾，出現(xiàn)通信錯誤。本項(xiàng)目采用plc對變頻器控制，減小了系統(tǒng)布線，避免現(xiàn)場可能的各種電磁干擾對控制設(shè)備的影響，有效地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
在本項(xiàng)目中，plc與變頻器間的通信采用基于uss的自由口通信模式。
3.2.1通信口初始化
在進(jìn)行通信之前, 必須先對通信口初始化。s7-200系列plc主要是通過對相關(guān)的特殊寄存器smb30(smb130)及其它特殊寄存器進(jìn)行設(shè)置來實(shí)現(xiàn)的,
可通過smb30(通訊口0)允許自由口模式，但只有在cpu處于run模式時自由口模式才能允許。當(dāng)cpu處于stop模式時，自由口通訊停止，通訊口轉(zhuǎn)換成正常的ppi協(xié)議操作。
3.2.2 uss協(xié)議
step 7－micro/win32提供了uss指令庫，uss指令庫可以對變頻器進(jìn)行串行通訊控制，uss指令庫使用s7-200 cpu的自由口通訊模式編程實(shí)現(xiàn)。
uss協(xié)議的通信字符格式為一位起始位、一位停止位、一位偶校驗(yàn)位和八位數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)報文最大長度位256個字節(jié)，包括3字節(jié)的頭部、1字節(jié)的校驗(yàn)碼和主數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊按照字的方式組織，高字節(jié)在前。主站與從站間的報文格式為：
stx lge adr 1 2 … … n bcc
stx：起始字符，總是02h；
lge：報文長度，n+2；
adr：從站地址及報文類型；
bcc：bcc 校驗(yàn)符。
在adr和bcc之間的數(shù)據(jù)字節(jié)稱為uss的凈數(shù)據(jù)。主站和從站交換的數(shù)據(jù)都包括在每條報文的凈數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)。凈數(shù)據(jù)區(qū)由pkw區(qū)和pzd區(qū)組成。
pkw pzd
pke ind pwe1 … … pwen pzd1 … … pzdn
pkw：此區(qū)域用于讀寫參數(shù)值、參數(shù)定義或參數(shù)描述文本并可修改和報告參數(shù)的改變。其中：pke：參數(shù)標(biāo)記，用來控制傳動裝置的參數(shù)讀寫。位0~10為參數(shù)號位，12~15為參數(shù)讀寫控制。
ind：參數(shù)索引，是16位的區(qū)域，通用傳動裝置應(yīng)設(shè)為0。
pwe：參數(shù)值。pzd為過程控制數(shù)據(jù)域，根據(jù)發(fā)送/接收報文格式的有所不同。
stw為控制字。
zsw為狀態(tài)字。
sw為設(shè)置點(diǎn)。
iw為實(shí)際值。
pzd 報文格式
pzd1 pzd2 pzd3 pzd4
stw sw1 sw3 sw2 主站到從站
zsw iw1 iw3 iw2 從站到主站
3.3 plc與觸摸屏間的mpi通信模式
3.3.1觸摸屏
觸摸屏的采用降低了人機(jī)溝通的障礙。人機(jī)界面(hmi)是操作人員與機(jī)器設(shè)備之間雙向溝通的橋梁，是用戶可以自由地組合文字、按鈕、圖形、數(shù)字等來處理、監(jiān)控、管理或應(yīng)付隨時可能變化信息的多功能顯示屏幕。使用人機(jī)界面，不必太多控制按鈕便可實(shí)現(xiàn)手動、自動等多種功能，增進(jìn)了人員與設(shè)備的信息交流，數(shù)據(jù)的修改，故障報警的識別變得易如反掌。
3.3.2觸摸屏與plc間的mpi通訊
本例工程中屏與s7-200 plc通過mpi口通訊，屏的編程軟件是winncc flexible 2008。plc與觸摸屏間通過em277模塊轉(zhuǎn)接。
em277模塊是專門用于profibus-dp協(xié)議通信的智能擴(kuò)展模塊。em277機(jī)殼上有一個rs-485接口，通過接口可將s7-200系列cpu連接至網(wǎng)絡(luò)，它支持profibus-dp和mpi從站協(xié)議，本工程采用mpi從站協(xié)議。em277模塊上的地址選擇開關(guān)可進(jìn)行地址設(shè)置，地址范圍為：0～99。em277能讀寫s7-200 cpu中定義的變量數(shù)據(jù)塊。這樣，使觸摸屏能與plc交換任何類型的數(shù)據(jù)。
4 結(jié)束語
在自動倉儲系統(tǒng)中，plc發(fā)揮了極其重要的作用。本文重點(diǎn)介紹了自動倉儲系統(tǒng)中s7-200plc、觸摸屏和變頻器之間的通信方案。經(jīng)過2臺樣機(jī)試驗(yàn)，證明采用該方案的智能倉儲系統(tǒng)通信的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，系統(tǒng)功能穩(wěn)定。