CN111930090B - 基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，包括：S1、在智能设备中配置支持Profinet协议的系统软硬件需求，并设计出该配置的表格；S2、绘制出电气原理图并完成布线连接；S3、编写出智能设备与外围器件通信的PLC/PMC接口程序,并下载；S4、编写出与PLC/PMC数据相关的HMI接口程序，并下载；S5、通过Profinet软件，导入外围器件的GSD文件；S6、通过子站模块IODD文件及表格信息，配置出外围器件的数据信息，下载配置文件；S7、若HMI显示数据与外围器件内部数据一致，则可正常进行智能设备系统与外围器件的通信。本发明的通信方法通过Profinet协议，可直接读取外围器件内部变量数据，并且可快速实现模拟量转数字量，提升设备通信的综合效率。
Description
技术领域
本公开涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法。
背景技术
数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。因此数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。
而为了了解数控机床的工作状况，在数控机床上设置有多个传感器来采集数控机床运行状态，这样采集数控机床运行状态的数据就形成了多通道数据，通过多个传感器采集到的数控机床的状态数据通常具有异构特征，数据间存在潜在的互相关性。而目前，智能设备与外围器件之间的通信，例如数控机床与传感器，其数据采集还仅仅停留在开关量、模拟量的采集阶段，因此存在设备底层数据采集难、信号不稳定、成本高等问题。
发明内容
有鉴于此，本公开实施例提供一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，该通信方法通过Profinet协议，可直接读取外围器件内部变量数据，并且可快速实现模拟量转数字量，提升设备通信的综合效率。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，包括如下步骤：
S1、根据设计要求，在智能设备系统中配置支持Profinet协议的系统软硬件需求，并设计出该配置的表格；
S2、根据所述表格，绘制出电气原理图并完成布线连接；
S3、根据所述表格，编写出智能设备系统与外围器件通信的PLC/PMC接口程序,并下载该程序；
S4、根据所述表格，编写出与PLC/PMC数据相关的HMI接口程序，并下载该程序；
S5、通过Profinet软件，导入外围器件的GSD文件；
S6、通过子站模块IODD文件及所述表格中的信息，配置出需要采集的外围器件的数据信息，并下载配置文件；
S7、检查并确认获取的HMI显示数据与外围器件内部数据是否一致，若是，则可正常进行智能设备系统与外围器件的通信。
进一步地，所述表格中包括系统IP地址站点的分配、模块型号、IODD文件、GSD文件的设计说明，以及模块、外围器件地址的分配及定义说明。
进一步地，S2中，所述电气原理图的设计中包括带有IO-link协议的外围器件的连接及模拟量外围器件的连接。
进一步地，所述智能设备包括数控机床。
进一步地，所述外围器件包括传感器，或伺服电机，或液压阀门，或气动阀门。
本发明的一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，其有益效果在于：本发明中，智能设备可实时读取外围器件内部数据变量，数据采集及发送接收可以达到毫秒级，相比于传统智能设备的数据采集，不管是硬接线还是其它总线，速度都有了明显的提升，数据信息量及宽度也有了很大的拓展。另外，本发明鉴于Profinet功能下IO-LINK功能应用，使得模拟量开关的信号处理更加便捷，快速实现模拟量转数字量，提升设备通信的综合效率。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个实施例中数控机床-模拟量数据的采集及控制架构图；
图2本发明一个实施例中数控机床-阀岛控制架构图；
图3本发明一个实施例中智能设备之间的通讯架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本公开实施例提供一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，包括如下步骤：
S1、根据设计要求，在智能设备系统中配置支持Profinet协议的系统软硬件需求，并设计出该配置的表格；
具体地，在选型时必须要选择支持Profinet协议的智能设备系统及相关的模块、传感器等，有些系统还必须购买支持Profinet协议相关的软件。
例如，FANUC系统则需订购以下内容：
硬件要求：
A02B-0323-J147（快速以太网板）
软件要求：
A02B-0323-J564#658R（用于30I/31I/32I-B的PROFINET I/O软件）
A02B-0327-R971（31I-B PROFINET IO控制功能）；
上述表格为一种书面形式架构，其中包括系统IP地址站点的分配、模块型号、IODD文件、GSD文件的设计说明，以及模块、外围器件地址的分配及定义说明等。
S2、根据所述表格，绘制出电气原理图并完成布线连接；所述电气原理图的设计中包括带有IO-link协议的外围器件的连接及模拟量外围器件的连接。
传统的模拟量信号处理都是通过硬件直连的方式，再通过A/D或者D/A转换模块进行转换，最终获取模拟量转换出的数据，再次经过软件处理得出需要的数据；而在Profinet功能下,通过直连外围器件，例如传感器，就可以直接读出其中的数据，在经过PLC/PMC处理就可以从HMI上获取需要的数据。
S3、根据所述表格，编写出智能设备系统与外围器件通信的PLC/PMC接口程序,并下载该程序；
S4、根据所述表格，编写出与PLC/PMC数据相关的HMI接口程序，并下载该程序；
S5、通过Profinet软件，导入外围器件的GSD文件；
S6、通过子站模块IODD文件及所述表格中的信息，配置出需要采集的外围器件的数据信息，并下载配置文件；
S7、检查并确认获取的HMI显示数据与外围器件内部数据是否一致，若是，则可正常进行智能设备系统与外围器件的通信。
本发明的上述智能设备包括数控机床，或专用设备机床及智能运输设备。上述外围器件为传感器，伺服电机，液压、气动阀门中的任意一个。
本发明的上述通信方法在用于数控机床和外围传感器之间的通信时，可以实时读取传感器内部数据变量，数据采集及发送接收可以达到毫秒级，相比于传统机床的数据采集，不管是硬接线还是其它总线，速度都有了明显的提升，数据信息量及宽度也有了很大的拓展。
传统的机床读取传感器信号时，只可以读取开关量信号（bool），而使用本发明配置的带有Profinet功能的模块，可以直接读取到传感器内部的数据信息，这样在处理突发问题时，会更快捷更简单。而数据的透明性及发展趋势也有利于在设备运行过程中，对设备状态做及时预判，使得制造工厂OEE(设备综合效率)能有一个阶段性提升；同时也可以使智能工厂的MES(制造执行系统)能够更加快捷的获取设备信息提供了安全的保障。
另外，鉴于Profinet功能下IO-LINK功能应用，使得模拟量开关的信号处理更加便捷。
IO-Link是一种开放式标准串行通信协议，允许支持IO-Link的传感器、设备进行双向数据交换，并连接到主站。IO-Link主站可以通过各种网络，如现场总线进行传输。每个IO-Link传感器都有一个设备描述（也叫IODD），PLC、HMI等工业信息系统可以使用这些数据进行即时操作或长期分析。
IO-Link的主要优势是其通信能力，变单向信息传输为双向通信，现场的传感器和执行器都可以通过IO-Link发送和接收信息。它允许控制器访问以前无法访问的设备参数数据，或者以前只能通过专有系统来获取的传感器参数。因此，IO-Link一方面统一了设备和系统控制之间的通信，另一方面统一了现场传感器和执行器的连接方式。
数模转换与模数转换：
模数变换主要是对模拟信号进行采样，然后量化编码为二进制数字信号；数模变换是模数变换的逆过程，主要是将当前数字信号重建为模拟信号。
传统的模拟量信号处理都是通过硬件直连的方式，然后通过A/D 或者 D/A转换模块进行转接，最终达到获取模拟量转换出的数据再次经过软件处理，从而得出需要的数据；而在Profinet功能下IO-LINK协议中，获取数据变成了仅是一个传感器的功能，直接通过Profinet功能配置，再将所需的元器件相关联，就可以直接读出其中的数据，从而大大节省了人工成本，也使的模数转换，数模转换变得简单易操作，同时也解决了模拟量干扰的问题。
本发明的上述通信方法在用于气动阀门的控制方法时，传统的气阀控制方法，是通过电缆接线控制电磁阀的线圈是否得电，来控制阀门开闭。而在本发明的控制方法中，将整个电磁阀岛单元机构组网，然后通过PROFINET总线将其和整个控制系统串联，并将阀岛单元作为其一个子站作为控制中枢，一旦系统发出命令，阀岛中枢接收命令并控制其要动作的阀组，如图2所示。
在没有Profinet技术功能以前，传统的方法均是采用点对点的控制方式，而目前可通过现有的技术做到面到面的控制，然后再实现点到点的控制。（面到面：控制系统主站到阀岛控制单元中枢；点到点：阀岛控制单元中枢控制到阀组控制）。
上述该控制方式不仅有效的减少了人工接线造成的失误，而且节约了成本，更重要的是该控制方式取代了传统的开环控制，使输出和输入形成了一个有效的闭环，是技术方面的一个重大提升。
根据本发明的具体实施例1：
将本发明的通信方法用于数控机床与传感器之间的通信，包括传感器数据信息的采集、模拟量信息的采集，如图1所示，其具体步骤如下：
步骤M1：根据设计要求，配置相关的系统软硬件需求；
设计要求：将Kessler电主轴内部的温度传感器（PT1000）的数值采集到数控机床系统中，并将温度数值显示到HMI界面上。
同时需要对FANUC_31iB数控系统要求如下：
硬件配置要求：
A02B-0323-J147（快速以太网板）；
软件配置要求：
A02B-0323-J564#658R（用于30I/31I/32I-B的PROFINET I/O软件）；
A02B-0327-R971（31I-B PROFINET IO控制功能）；
系统配置参数如下表1：
表1：
| 参数号 | 参数说明 | 参数描述 | 设置值 | 参数设定说明 |
| 970 | ETH/DSV HARDWEAR | 选择使得以太网功能或者数据服务器功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 971 | FL-NET1 HARDWARE | 选择使得FL-net 1功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 972 | FL-NET2 HARDWARE | 选择使得FL-net 2功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 973 | PNDEVIC HARDWARE | 选择使得Profinet 从站功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 974 | PNCNTRL HARDWARE | 选择使得Profinet 主站功能发挥作用的硬件 | 3 | 安装在slot1 上的快速以太网板 |
| 975 | ETH/IP1 HARDWARE | 选择使得ETH/IP1 功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 976 | ETH/IP2 HARDWARE | 选择使得ETH/IP2 功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
需要对IFM子站模块及转换模块配置如下：
子站模块：AL1000；
转换模块：TP3237；
具体地，需要对与数控机床链接的Profinet子站进行配置，详见控制架构图图1；
步骤M2：根据设计要求，设计出相关配置的表格；
步骤M3：根据步骤M2中的表格，绘制出相关电气原理图并完成布线连接；
具体地，通过EPLAN软件绘制出相关的电气原理图：
步骤M4：根据步骤M2中的表格，编写出与传感器数据相关的PMC接口程序,并下载程序；
步骤M5：根据步骤M2中的表格，编写出与PMC数据相关的HMI接口程序，并下载程序；
步骤M6：通过Profinet 软件，导入数控机床系统或传感器采集模块相关的GSD文件；
步骤M7：通过子站模块的IODD文件及步骤M2中设计好的表格，配置出需要采集的数控机床及传感器数据信息，并下载配置文件；
步骤M8：检查并确认所获HMI显示数据与传感器内部数据是否一致；
步骤M9：如果确认数据一致并无异常报警，则可投入正常使用。
根据本发明的具体实施例2：
将本发明的通信方法用于机床行业，包括数控机床与气动阀门的控制，如图2所示，其具体步骤如下：
步骤M1：根据设计要求，配置相关的系统软硬件需求；
设计要求：通过FANUC数控系统Profinet功能，控制FESTO阀岛的动作
同时需要对FANUC_31iB数控系统要求如下：
硬件配置要求：
A02B-0323-J147（快速以太网板）；
软件配置要求：
A02B-0323-J564#658R（用于30I/31I/32I-B的PROFINET I/O软件）；
A02B-0327-R971（31I-B PROFINET IO控制功能）；
系统配置参数如下表2：
表2：
| 参数号 | 参数说明 | 参数描述 | 设置值 | 参数设定说明 |
| 970 | ETH/DSV HARDWEAR | 选择使得以太网功能或者数据服务器功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 971 | FL-NET1 HARDWARE | 选择使得FL-net 1功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 972 | FL-NET2 HARDWARE | 选择使得FL-net 2功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 973 | PNDEVIC HARDWARE | 选择使得Profinet 从站功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 974 | PNCNTRL HARDWARE | 选择使得Profinet 主站功能发挥作用的硬件 | 3 | 安装在slot1 上的快速以太网板 |
| 975 | ETH/IP1 HARDWARE | 选择使得ETH/IP1 功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
| 976 | ETH/IP2 HARDWARE | 选择使得ETH/IP2 功能发挥作用的硬件 | -1 | 设定无效 |
需要对FESTO子站模块配置如下：
FESTO子站模块：CPX-FB33；
具体地，需要对与数控机床链接的Profinet子站进行配置，详见控制架构图图2；
步骤M2：根据设计要求，设计出相关配置的表格；
步骤M3：根据步骤M2中的表格，绘制出相关电气原理图并完成布线连接；
具体地，通过EPLAN软件绘制出相关的电气原理图；
步骤M4：根据步骤M2中的表格，编写出与气动阀岛数据相关的PMC接口程序,并下载程序；
步骤M5：根据步骤M2中的表格，编写出与PMC数据相关的HMI接口程序，并下载程序；
步骤M6：通过Profinet 软件，导入气动阀岛采集模块相关的GSD文件；
步骤M7：通过子站模块的IODD文件及步骤M2中设计好的表格，配置出需要采集的数控机床及气动阀岛数据信息，并下载配置文件；
步骤M8：检查并确认所获HMI显示数据与气动阀岛内部数据是否一致；
步骤M9：如果确认数据一致并无异常报警，则可投入正常使用。
根据本发明的具体实施例3：
将本发明的通信方法用于智能设备与智能设备之间数据的获取、数据传输，如图3所示，其具体步骤如下：
步骤M1：根据设计要求，配置相关的系统软硬件需求；
设计要求：通过智能设备Profinet功能，实现设备与设备之间的通讯。
需要对智能设备有如下要求：
1、智能设备之间都需要具有Profinet功能；
2、需要增加耦合器模块 :西门子 PN/PN Coupler；
具体地，需要对智能设备进行配置，详见控制架构图图3；
步骤M2：根据设计要求，设计出相关配置的表格；
步骤M3：根据步骤M2中的表格，绘制出相关电气原理图并完成布线连接；
具体地，通过EPLAN软件绘制出相关的电气原理图；
步骤M4：根据步骤M2中的表格，编写出与智能设备数据相关的PLC接口程序,并下载程序；
步骤M5：根据步骤M2中的表格，编写出与PLC数据相关的HMI接口程序，并下载程序；
步骤M6：通过Profinet 软件，导入智能设备采集模块相关的GSD文件；
步骤M7：通过子站模块的IODD文件及步骤M2中设计好的表格，配置出需要采集的智能设备的数据信息，并下载配置文件；
步骤M8：检查并确认所获HMI显示数据与智能设备内部数据是否一致；
步骤M9：如果确认数据一致并无异常报警，则可投入正常使用。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种基于Profinet协议的智能设备与外围器件的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据设计要求，在智能设备系统中配置支持Profinet协议的系统软硬件需求，并设计出该配置的表格；
S2、根据所述表格，绘制出电气原理图并完成布线连接；
S3、根据所述表格，编写出智能设备系统与外围器件通信的PLC/PMC接口程序,并下载该程序；
S4、根据所述表格，编写出与PLC/PMC数据相关的HMI接口程序，并下载该程序；
S5、通过Profinet软件，导入外围器件的GSD文件；
S6、通过子站模块IODD文件及所述表格中的信息，配置出需要采集的外围器件的数据信息，并下载配置文件；
S7、检查并确认获取的HMI显示数据与外围器件内部数据是否一致，若是，则可正常进行智能设备系统与外围器件的通信；
所述表格中包括系统IP地址站点的分配、模块型号、IODD文件、GSD文件的设计说明，以及模块、外围器件地址的分配及定义说明；
所述电气原理图的设计中包括带有IO-link协议的外围器件的连接及模拟量外围器件的连接；
所述智能设备包括数控机床。
2.根据权利要求1所述的通信方法，其特征在于，所述外围器件包括传感器，或伺服电机，或液压阀门，或气动阀门。
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| CN111930090A (zh) | 2020-11-13 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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