摘（zhāi）  要：采（cǎi）用西門子611U單軸數控與S7-300 PLC進行（háng）PROFIBUS通訊，編寫PLC通訊程序，並在（zài）西（xī）門子操作麵板上開發人機界麵，實現對壓裝深度值的實時顯（xiǎn）示和在線修改（gǎi），解決壓裝深度調整修改困難、時間長和質量風險問題。
  

       
     1. 引言 

  
     壓裝深度（dù）一直是（shì）伺服壓裝設備（bèi）的技術關鍵（jiàn），設置固（gù）定的（de）壓裝深度不能滿足所有壓裝的（de）工藝和質量（liàng）要求，經常需要頻繁調整（zhěng）和修改。而一般的壓床沒有設置調整導管的壓裝深度的人機界麵。當壓裝深度不（bú）滿足工藝要求時，隻能通過編程器與611U數控聯機才能（néng）修（xiū）改數控壓裝參數。一是這種方法操作難度較大，時間長，同時需要專業的自動化工程師來操作修改；二是修改值不能（néng）直接反應到人機界麵上，有（yǒu）極（jí）大的質量風險。為了更方便的在最短時間內完成深度調整工作，在操作麵板上開發增加一個（gè）壓裝深度調整界麵（miàn），實現在人機界麵上直接修改壓裝深（shēn）度成為必要。
 

     2、611U數控係統數據通訊格式（shì）

  
     西（xī）門子611U數控係統通過PROFIBUS-DP總線與S7-300 CPU上的DP口來實現數（shù）據通訊，通（tōng）訊采用RS485接口及支持9.6k~12Mbps波特率的（de）高速數據傳輸，其（qí）中數據的報文頭尾主要是用於規定數（shù）據的功能碼、傳輸長度、奇偶校驗、發（fā）送應答等內容，主從站之間（jiān）的數（shù）據讀寫核心是參數接口(簡稱PKW)和過程數據(簡稱PZD)。
 
    PKW參數區域，用（yòng）於讀、寫參數值；PZD過程數據區域，包括（kuò）控製字、設定值、狀態字和實際（jì）值。如果PLC需要通過總（zǒng）線來讀、寫數（shù）控係統中的某個參數，就需要用到（dào）PKW區（qū）域；如果PLC要通過總（zǒng）線來控製數控（kòng）係統運行或者讀取數（shù）控係統當前各種狀態值等就要（yào）用PZD區域。PKW和PZD的數（shù）據通訊格式（shì）共有五種:PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸的字節長度及結構形式各不相同。在PLC和（hé）611U數控係統的通訊方（fāng）式（shì）配（pèi）置時要對PPO進行選擇，每一種類（lèi）型的結構形式如表1。

     表1  PKW和PDZ數據通訊格式類型的結構形（xíng）式

     以上5種不同的PPO類型（xíng）是用不同的數（shù）據（jù）長度選（xuǎn）擇的，而數據長度是由數控（kòng）係統在自動化運行環境中需要完成（chéng）的任務決定的。例如：PPO3和PPO4中不包含PKW區域（yù）數據，所以隻能用於進行過（guò）程控製，不（bú）能（néng）對數控參數進行讀寫（xiě）。

     參數區域PKW的數（shù）據結構如下：PKE為一個字，0～10位（wèi）是寫待（dài）讀寫的（de）參（cān）數號；第11位是係統預留位；12～15位是寫作業報（bào）文ID號。

     PKW區的第二個字IND，0～7位是表示子參（cān）數（shù）號也就是索引號；8～15位是係統預留位。
 
     PWE為兩個字存放參數值。總線數據傳輸作業過程是：首先由PLC將作業報文ID發送到611U數控係（xì）統（tǒng）中，然後係統讀取（qǔ）到作業ID後根（gēn）據作業ID的任務來更新（讀取或者寫入）參數區域的參數（shù）值，最後611U數控係統發（fā）給PLC一個與作業ID相對應的響應ID，PLC讀取到響應ID後，就說明參（cān）數讀寫作業已完（wán）成。
  
     係統作業ID，其係統參數有（yǒu）幾種不同（tóng）的形式，包括單字節參數（shù）、雙字節參（cān）數、另外還有帶索引下標的陣列參（cān）數等，對於不同的參（cān）數其讀寫方式也不一樣，不同參數的讀寫作業ID如表2。
 
     表2  不同參數的讀寫作業ID
  
     
 

     與作業ID號相對應的ID如（rú）表3。
 
     表3  與作業ID號對應的相應ID
  
     
 

     作業（yè）執行過程中如果出現錯誤導致作業無法（fǎ）完成，則係統返回ID號為（wéi）7，具體錯誤類型代碼放在（zài）參數區的第四個字，代碼含義如表4。
 
     表4  故障代碼含義
  
     
  

    3、數控係統中導管壓裝程序塊（kuài）格式

  
    在611U數控係統中，壓裝導管的（de）程序塊（kuài）使用的是基本的定位指令。每個驅動軸最多可（kě）獨立編程達64個移動（dòng）程（chéng）序段，程序保存在參數中。一個程序段包含程序段號、指令、指令參數、方式、位置、速度、加速度修調、減速度修調（diào）和結束（shù）方式，如表5。
 

     表（biǎo）5  基本定位（wèi）指（zhǐ）令程序段格（gé）式
  
    

    上麵程序段段號為3，PLC調用3號程序時，這（zhè）段定位程序執行。定位程序無指令參數（shù），方式選擇有兩種：ABSOLUTE為絕對位置定位方（fāng）式；RELATIVE為（wéi）相對位置定位方式。定位目標位置為200.000mm，運動速（sù）度為1500mm/min，加速度和減速（sù）度都為100%。程序段的結束（shù）方式一共有三種：END、CONTINUE WITH STOP、CONTINUE WITH FLYING:
 
    END方式下程序運行完這個程序段後（hòu），就結束；
 
    CONTINUE WITH STOP方式下程序運行（háng）完這個程序段後，軸減速停（tíng）止，然後繼續執（zhí）行下（xià）一個程序段；
    CONTINUE WITH FLYING方式下程序運行完這個程序段後（hòu），軸不停止，然後（hòu）繼續執行下一個程序段，後兩種方式程序段如表6；
 
    表6  CONTINUE WITH方式下程序段
  
    
 

    上麵兩段程序執行過程中，速度與時間的曲線圖如圖1。

  
    
  
    圖1 兩（liǎng）種方式下速度與時間的曲（qǔ）線（xiàn）圖（tú）
 

    從上麵的曲（qǔ）線圖中可以直觀的看出CONTINUE WITH STOP方式（shì）和CONTINUE WITH FLYING方式的區別。
 

     4、數控係統中導管壓裝程（chéng）序塊對應的參（cān）數

  
     在（zài）611U數控係統中，每一（yī）個程序（xù）塊中的每（měi）一項都對應著一個參（cān）數，程序塊可以通過參數（shù）來修改，因此PLC通過總線數據的傳遞即可更改這些參數（shù），實（shí）現PLC更（gèng）改數控程序。
與程序塊對應的參（cān）數為80—87號（hào），對應關係如表7。
 

     表7 參數80-87對應關係
  
     
  
     在611U數控係統中每個驅動軸有64個程序（xù）段，如何與64套單獨的參數相對應（yīng），係統通過索引下標區（qū）分這64個程序段對應的參數（shù），即80—87號每個參數都要帶一個索引下標，下標範圍為0—63，共64個，用來區分不同（tóng）的程序段。每一個程序（xù）段的每一個信息都有（yǒu）一（yī）個參數與之對（duì）應，PLC通過總線可以更改任意一個程序段的任何信息。
 
     本（běn）機床需要更改壓裝導管的深度位置，必須知道壓裝導管程序中壓裝深度位（wèi）置對應的參數，因壓床可以對兩種類型的零件進（jìn）行壓裝，所以壓裝兩種類型的導管也有兩（liǎng）個程序，在611U程序塊中對應的是3號（hào）程序和13號程序（xù），壓裝（zhuāng）深度位置對應的（de）參數是81號（hào）參數，因此要更改壓裝深度就要從PLC中更改參數81:3和參數81:13這兩個（3和13是（shì）參數（shù）81的索引下標）。
 

     5、PLC讀寫（xiě）數（shù）控壓裝深度參（cān）數的（de）功能塊設計

  
    考慮（lǜ）到（dào）程序應用的通用性，采用模塊化編程，設計出參（cān）數讀寫用的功（gōng）能塊FC塊，通過功能塊接口變量進行參數傳遞（dì），將數（shù）控係統地（dì）址、需要讀寫的參數號、參數索引地址等信息作為功能塊的接口變量，這樣通（tōng）過調（diào）用同一個功能塊，寫入不同的接（jiē）口變量就（jiù）可以很方便的讀寫不同數控軸的不同參（cān）數。
 
    首先確定參數讀寫FC的（de）接口變量，IN輸入接口變量需（xū）要4個（gè）：PKW區（qū）域（yù）的起（qǐ）始地址；待讀寫的（de）參數號；待讀寫參數的索引下標；讀或寫標誌位。定義前三個接口變量的數據類型為（wéi）INT整數型，第四個接口變量數據類型（xíng）為BOOL位型，定義1為寫標誌，表示PLC向611U數控係統寫數據， 0為讀標誌，表示PLC從611U讀數據。
 
    壓裝深度參數數值需要定義到IN-OUT輸入輸出接（jiē）口變量中，因在FC塊調用過程中，需要對該參數進行讀或寫。
 
    為了判斷讀寫功能的完成情況（kuàng），FC塊執行參（cān）數讀寫任務完成以後，還需要反饋一個完成信號，因此在OUT輸（shū）出接口變量中定義一（yī）個讀寫（xiě）完成信號。
 
    FC程序塊的接口變量中還需要定義一些臨時變量，用於存放程序執行過（guò）程中（zhōng）臨（lín）時用到的一些變量。參數讀寫需要用到係統功能塊SFC14、15，這兩個係統功能塊的接口變量裏有ANY類型的參數（shù），需要一（yī）次對應8個字節的PKW區（qū）域所有，因此需（xū）要（yào）在臨時變量中定義：PKE兩個字節、IND兩個字節、PWE四個字節。另外還要定義兩個臨時變量來（lái）存（cún）放參（cān）數讀寫時的返回ID值（zhí），用來判斷參數讀寫完成後是否出錯：TypeRep一個（gè）字節； SFC14、15執行後（hòu）的返回值：RET_V兩個字節。以上定義的（de）接口變量如表8。

    表（biǎo）8接口變量定義

     通訊程序編（biān）寫時，先（xiān）將需要讀寫參數的（de）參數號及（jí）索引地址寫入PKW區域裏的PKE和IND：
 
L #PAR_NO
T #PKE  //寫入參數號
L #PAR_IND
T #IND  //寫入參數下標
程序需要根據接口輸入變量PAR_W的狀態來（lái）判斷當前是讀參數還是寫參數，然（rán）後跳轉到相應的程序段執行（háng）：
A #PAR_W
JC _W          //若為1則跳轉到寫參數程序段
從數控係統中讀出帶索引的參數（shù）值（zhí），作業ID號應（yīng）該為（wéi）6，需（xū）要將此ID號寫入PKE的高（gāo）4位，用字或（huò）運算保留其他的位並且將高4位（wèi）改為（wéi）6；作業ID號6對應的（de）返回ID應該為4號（hào）：
L W#16#6000    //讀參數作（zuò）業（yè）ID號為6
L #PKE
OW             //字（zì）或運算保留低12位
T #PKE         //將作業ID號（hào）加入PKE中（zhōng）
L 4
T #TypeRep     //讀參數返回ID應該為4
JU _C          //直接跳轉到總線數據發送程序段
往係統中寫參數值（zhí）的（de）作業ID為8，返（fǎn）回（huí）ID為（wéi）5，同時需要（yào）將寫入（rù）參數（shù）的數值寫（xiě）到PWE中：

_W:  NOP 0     //寫（xiě）參數程（chéng）序段標號
L W#16#8000    //寫參數作業ID號（hào）為8
L #PKE
OW             //字或運算保留低12位
T #PKE         //將作業ID號加入PKE中
L #PAR_V
T #PWE         //將寫入參數的數值寫到PWE
L 5
T #TypeRep      //寫（xiě）參數（shù）返（fǎn）回ID應該為（wéi）5
相關讀寫（xiě）參數填寫完成後，調用係統功能塊SFC15來向（xiàng）總線發送數據，並對應寫入發送（sòng）數據的總線地址、PKW區域的起始地址及（jí）長度：
_C:   NOP   0
CALL  SFC15                //往（wǎng）總線上傳送數據

LADDR  :=#PKW_ADD          //總線地址
RECORD :=P#L 0.0 BYTE 8    //PKW區域的起始地址及長度
RET_VAL:=#RET_V            //SFC15執行（háng）的返回值
讀寫命令發送到總線上由係統執行，接著用係統功能塊SFC14從總線上讀出執行的（de）結果來（lái）判斷執行情況、取回讀出的參數值等：
CALL  SFC14                //從總線上讀入數據
LADDR  :=#PKW_ADD          //總線地址（zhǐ）
RET_VAL:=#RET_V            // SFC14執行的返回值
RECORD :=P#L 0.0 BYTE 8    // PKW區域的起始地址（zhǐ）及長度
數（shù）據讀出來後要進行處理分析，檢查返回的ID號是否與之前寫入#TypeRep的值相等，如果相（xiàng）等說明讀（dú）寫任務成功完成，讀出來的參數值有效可用，同時將讀寫任務完成信號接通：
L #PKE                  //取PKE區的數據
L 2#1111000000000000    //高4位數據保留其餘清零
AW                      //字與運算
SRW 12                  //右移12位分離出（chū）返回ID號(高4位)
L #TypeRep              //前麵賦值的返回值
==I                     //比較
JCN _AL                 //如（rú）果不相等,出錯跳轉（zhuǎn）
L #PWE                  //取（qǔ）出讀出來的參數值
T #PAR_V
SET  
= #ACT_OK               //讀（dú）寫（xiě）任務完成信號
_AL: NOP 0
 
    讀寫參數的功能塊編（biān）寫完成後（hòu），在主程序中（zhōng）調用功能塊（kuài）就可以實現不同（tóng）參數的讀寫功能（néng），調用功（gōng）能（néng）塊如（rú）下。

     6、人（rén）機界麵開發

  
     人機界麵開發采用Wincc flexible，變量（liàng）地（dì）址表如表9。
 
     表9人機界麵變量地址表
  
     

    開發後的人機界麵，壓裝部位選擇、讀（dú）寫命令控（kòng）製、寫（xiě）入參數的輸入等都可通過麵板上的按鍵完成，實現麵板操作直接更改611U數控（kòng）係統的壓裝參數，更改壓裝深度，人機（jī）界麵如（rú）圖2。
  
   

    圖2 人機界麵（miàn）

    7、結（jié）束語

  
    改進後的人機（jī）界麵使得原來隻有通過編程器才能修改的（de）壓裝深度值，能夠直觀的顯示當前設（shè）定的壓裝（zhuāng）深度值，不僅可以直（zhí）接在人機界麵上修改，而且減輕了現場自動化工（gōng）程師的工作量，同時還使（shǐ）得工藝（yì）人員（yuán）可以對壓裝深度（dù）方便、直接的掌（zhǎng）控，給操作和維（wéi）修人員帶來了極（jí）大便捷，有效的控製（zhì）了壓裝（zhuāng）質量，降低了質量風險。