PROFINET IO在智能货架上的应用

　　梁欣黄清庆津德明福自动化技术有限公司，天津300112）原有的货架进行智能化改造，在货架上增加指示灯和取放料检测装置以指导操作以及检测动作。货架的控制器采用平板电脑，通过以太网和IO模块连接，IO模块与指示灯和检测设备连接。为提高智能货架的反应速度，采用实时通信能力强的PROFINET协议来实现控制器和IO模块之间的通信。

　　采用Windows系统的平板电脑安装上西门子的SIMATICNET软件作为OPC服务器实现与PROFINET交接。

　　1前言近年来，随着生产的效率的提高和生产节拍的加快，为提高装配生产线上零件选择的速度和正确率，越来越多的智能货架应用到装配生产线上，智能货架区别传统货架的不同之处在于货架增加了控制器、指示灯、动作检测器件和条码识读设备。货架控制器能够和车间的生产管理系统进行通讯，接受生产任务和装配表。放料时，条码扫描器读取零件号，指示灯即可指示零件应该放置的位置。在工作工位上安装有自动识别设备总成编号的RFID设备，根据装配要求，货架上能够自动指示所需的零部件所在的仓口，操作人员根据指示取料，仓口上安装的区域检测传感器能够检测操作人员取料动作和次数，如果取料不正确或者次数不对，则发出报警。

　　2智能货架软硬件配置智能货架的现场安装空间较小，而且要求具有显示和操作功能，同时还需要有丰富的接口和较大的存储空间。传统的智能货架采用PLC加触摸屏的方式，为了提高货架的实时性，必须提高PLC的配置，如CPU的主频，内存和存储空间以及通讯接口，使成本大大提高；另外货架*终需要和整个车间的管控系统集成在一起，由于平台不一致，系统集成的难度也增加不少。基于这些原因，采用平板电脑作为智能货架的控制器。由于整个车间的管控系统基于。NET平台开发，为使智能货架能更好的和系统兼容，平板电脑采用WindowXP的操作系统以及基于该系统的。NET平台开发的智能货架应用程序。

　　控制器上配置多个网络接口，其中一个接口用于接入车间管控系统。控制器和现场指示器件、检测器件连接则需通过I0模块，I0模块通过支持以太网的网关直接和控制器连接。支持以太网的通讯协议有MODBUSTCP，EthernetIP和PROFINET等多种方式。在智能货架中，由于车间原来的系统均为西门子系统，同时为了提高系统的实时性（货架的反应速度，原来的货架存在反应速度慢的弊端），选择了具有实时通讯功能的PROFINETI0作为智能货架的I0接口。

　　PROFINET由PR0FIBUS国际组织推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。根据响应时间的不同，PROFINET支持下列3种通信方式，如所示。

　　2.1TCP/IP标准通信PROFINET基于工业以太网技术，使用TCP/IP和IT标准。TCP/IP是IT领域关于通信协议方面事实上的标准，尽管其响应时间大概在1ms的量级，不过，对于工厂控制级的应用来说，这个响应时间就足够了。同时PROFINET支持如SMTP（用于电子邮件），FTP（用于文件传输）和HTTP（用于互联网）等标准的应用层协议。

　　2.2实时（RT）通信对于传感器和执行器设备之间的数据交换，系统对响应时间的要求更为严格。因此PROFINET提供了一个优化的、基于以太网第2层（Layer 2）的实时通信通道。通过该实时通道，极大地减少了数据在通信栈中的处理时间，而且也对网络中数据的传输进行了优化。为了能在这些情况下达到一种*佳结果，在PROFINET中按照IEEE些数据包区分优先级。设备之间的数据流则由网络组件依据此优先级进行处理。PROFINET实时通信（RT）的典型响应时间是5~10ms. 2.3同步实时（IRT）通信它主要应用到运动控制上，其相应时间在100个节点下，其响应时间要小于1ms，抖动误差要小于Us，以此来保证及时的、确定的响应。

　　为了保证现场指示设备和传感器的响应时间，米用能够支持实时通信且响应时间小于1ms的PROFINET协议无疑是合适的。在硬件层面，现场指示器件和检测元件通过PROFINETI0模块如ET200S直接和平板电脑连接。在通讯驱动层面上，选择0PC的方式来实现PROFINETI0模块和平板电脑应用程序间的数据交换一接受检测元件的输入信号和设置指示元件的状态和动作。

　　智能货架的系统架构如所示。

　　智能货架数据库智能货架软件0PC接口从议f或连线PLC智能货架的系统架构员工通过扫描上料条码，货架再根据条码与事先设定好的业务逻辑，经过0PC通过PROFINET协议连接货架提示灯打开相应的上料提示，提示员工在正确的仓位上料。

　　取料时，货架系统或根据从线体上得到的发动机信息计算出取料的仓位，经过0PC通过PROFINET协议连接货架提示灯打开相应的取料提示并打开相应的提示。

　　在信号交互方面，系统主要是通过OPC经过PROFINET协议与货架上的传感器点进行交互和经过以太网与线体控制点进行交互。

　　Control.它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁。OPC基于微软的OLE（现在的ActiveX）、COM（部件对象模型）和DCOM（分布式部件对象模型）技术。OPC包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。

　　在智能货架中，采用了西门子的SIMATICNET2008来配置OPC应用服务器，用于建立OPC服务器和PROFINETIO之间的联系。西门子的SIMATICNET提供了类似于其硬件的组态方式，采用图形化界面方式，较为方便的将PROFINET的远程IO站和在平板电脑中运行的PCSTATION服务器连接。如所示，（a）是PCSTATION服务器，它随着系统启动自动启动。（b）是OPC应用服务和PROFINETIO的组态工具。

　　硬件连接后，OPC服务器即可正常运行，在调试应用程序之前，可以用SIMATICNET提供的客户端软件OPCSCOUT来调试PROFINETIO，见。

　　4应用程序与OPC使用SIMATICNET可以很方便建立与PROFINETIO连接的OPC，为了实现在智能货架应用程序中对这些IO状态或者数据进行读写，需要在编写与OPC服务器连接的OPC客户端，其主要程序段如下。

　　/设置默认组群的刷新频率为aGroupsUpdateRatems //这个返回的数组下标是从1开始的所以定义的相关数组都要比实际的数组大1通过上述程序段可以读写OPC中标签值，如果程序中频繁使用读取标签操作，可以把读取代码封装到一个函数中方便使用。PROFINETIO将与之相连的检测元件的状态信号通过OPC传给应用程序，应用程序根据这些状态，经过逻辑运算将提示信息写到PROFINETIO里，相应的指示元件动作来指示操作人员选取放置零件。同时通过界面和报警灯进行异常报警和处理提示，具体的界面如所示。

　　速度20Mbits/s，完全满足fPROF丨BUS-DP对速度的耍求；其IU气隔离特性也满足了EN50170规范对TPROFiBUS-DP的要求；R具朽竞争的价格，为，TI：产企业丫/竹了成木。

　　隔离IU源选丨H广州金升m公N」的5V对5V的尚悦块丨B0505LS-丨W.人功率为丨W，满足（上接第56豇）5结束语通过PROF丨NET现场总线技术，叶以将设济山现场级连接到筲现级；「丨动化H络具有更加活的断方式，如可以M过SNMPI办议，HTTPhl、议断PN设备和获取断信；网络扩展/式也迟加//使，如作设备需要增加时仅需配背桕应的交换机或交机接口、以太网网线和网线接义就呵以较松地将新设备并入现有的PROFINETM络中。以。济济（上接第64页）5小结IO的应州使得平板电脑作为智能货架的控制器成为可能，取代广原来使用PLC和触投胂的组合，使得智能货架的成本大幅度降低。同时采川具仃实时通汛功能的PROFINET，减少T通过PLC这个中间环节，使得整个系统的响应间大人缩姒，改善了智能货架的使州体验。采用平板电M作为皆能货架的控制器，使其与车间管控系统的PROF1BUS-DP在*高速度12Mbits/s时大约0.8W的功率要求；输出电压区间为4.9V5.IV，具有很高的稳H特件，为系统总线提供了高质W的电源。

　　3.2软件系统搭建推荐使川Profichip公司提供的免份卜办议栈代码（PA0750），该代码域本上实现n）RFIBUS-l）PV0的全部功能，nf//便新T快速熟悉该类总线技术。

　　关r代码的牿个工作流，m椐川户+N产从、所使川的不丨MCl顺f所不M.任公司研发经现。

　　多优点的PROFINET，已经成为当前现场总线技术领域的领跑者，而且仍然会随行信以技术的发展而W续发展，成为I：业〔1动化的新前以。