摘要：螺旋焊管预精焊机组主机区包含很多设备，若使用一个IO控制器对主机区进行控制，对控制机本身硬件要求比较高，程序上实现起来也很复杂；若每个设备使用一个IO控制器，则控制器之间的数据通讯比较难实现。本文主要介绍了智能IO通讯，智能IO通讯的从站既可以作为CPU实现本单元生产工艺的处理，又可以作为从站与其他设备进行数据通讯。使用该通讯方式可以很好解决精焊机组主机区的问题。
TheapplicationofIdevices’communicationinSAWHPre-weldingOperationLine
关键字：预精焊，PLC，智能IO设备，PROFINETt通讯
1前言
预精焊车间主机区设备包括钢卷准备站、前桥、铣边机、成型预焊、后桥切割等设备，这些设备都是通过PLC进行控制。整个主机区这些设备并不是相互独立的，通过相互协作才能完成钢管的生产[1]。如果整个主机使用一个IO控制器对设备进行编程控制，这对IO控制器的计算能力要求特别高，此外，该系统的程序也会特备复杂，实现起来比较困难；如果每个设备都使用一个IO控制器进行控制，程序比较容易实现，但控制器之间的数据通讯将会是一个难点。
智能IO通讯就可以非常容易的解决该问题，主机区的钢管生产过程按工艺细分为几部分，选择其中一部分作为主站，其余的各部分作为智能IO从站，可以进行各自的编程处理，这样，智能IO从站既可以作为CPU实现本单元生产工艺的处理，又可以作为从站与其他设备进行数据通讯。
2智能IO介绍
西门子PROFINET的CPU支持智能IO设备功能，即该设备同时作为IO控制器和IO设备[2]。智能IO设备不但可以作为一个智能处理单元处理生产工艺的某一过程，而且可以和IO控制器之间交换过程数据。因此，智能设备作为一个IO设备连接一个上层IO控制器，智能设备的CPU通过自身的程序处理某段工艺过程，相应的过程值发送至上层的IO控制器再做相关的处理。
使用智能IO设备进行通讯，只需要进行简单的IO控制器的连接就可以实现通讯，无需额外的硬件设备和软件工具。这种通讯方式不仅可以实时通信，还支持等时实时通信。由于智能IO设备具有计算能力，这样对主站IO控制器的计算能力要求也就减少了。智能IO设备可以处理本地过程数据，减少了与主站的通信负荷。
进行智能IO设备通讯时，应当特别注意组态的传输地址区域。智能设备的总带宽为传输地址区域带宽与自身IO系统带宽之和[3]，如果传输区域带宽过大，会影响自身IO系统的实时通信。
3预精焊主机区的智能IO通讯
预精焊主机区的设备通过前桥进行连接，可以将前桥作为主站IO控制器，这里采用CPU319-3PN/DPv3.2，其余的设备作为智能IO从站，根据各个设备的功能选择CPU317或者CPU315。主IO控制器通过SCALANCEX116交换机与智能IO从站连接，其PROFINET网络系统如下图所示。
图1主机区的网络系统图
3.1从站网络组态
对于整个主机区的智能IO是作为一个从站，但在从站网络中，智能IO设备是作为IO控制器来使用的，需要在程序中进行硬件组态。智能IO从站的硬件组态基本相同，下面以后桥设备为例介绍其组态方法。智能IO设备功能需要Step7V5.5版本才能使用，在该Step7中才能完成从站网络系统的智能设备硬件组态，按照图2所示进行组态，图中PROFIBUS和PROFINET从站按设备具体需要进行组态。
图2后桥硬件组态图
双击该站CPU317-2PN/DP的硬件组态中的X2槽PN-IO，弹出其属性对话框，选择“I-Device”标签页，激活“I-devicemode”选项，在这里不需要激活“ParameterassignmentforthePNinterfaceanditsportsonthehigher-levelIO-controller”和“Operateashigher-levelshareddevice”两个选项，其中这两个参数前者表示PN接口和端口的属性参数由上层IO控制器分配；后者表示该智能设备可以作为共享设备。
图3后桥PN-IO属性对话框
点击传输区域（Transferarea）下方的“New”按钮，创建IO控制器和智能设备之间数据通信的传输区域。传输区域有2种类型，一种是应用（Application）传输区域，即控制器访问智能设备的用户程序接口。另一种是I/O传输区域，即控制器可以直接访问智能设备的IO，而智能设备不能处理该IO。由于CPU319F-3PN/DP不支持I/O传输区域，这里使用应用传输区域，分别创建输入地址区和输出地址区为2个字节（如下图3所示），然后对硬件组态进行保存和编译。
在硬件组态界面中选择菜单“Options”、“CreateGSDfileforI-device”，为前桥系统的IO控制器创建智能设备的GSD文件。点击后弹出弹出创建智能设备GSD文件对话框，如下图4所示，更改名称为RunOff-PN-IO，点击“Create”按钮，系统自动创建一个GSD文件并显示在“GSDfile:”后，然后点击“Install”按钮，安装刚生成的GSD文件到Step7硬件组态列表中。至此完成从站网络组态。其他智能从站同样按此步骤进行组态。
图4创建智能设备GSD文件
3.2前桥主站网络组态
图5智能IO设备硬件列表
在Step7中对主站网络系统进行硬件组态。对于智能IO设备的组态，与标准IO设备类似，从硬件列表中（上图5所示）拖入上述创建的GSD文件即可，组态的网络如下图6所示。
图6前桥硬件组态图
组态中需要设置智能从站的的输入输出地址，在从站网络组态章节3.1中设置的两个字节的输入和输出，在该系统中分别对应后桥智能IO设备的输出和输入（如图7所示），即主站的PIW156对应后桥系统中个PQW256，主站的PQW156对应后桥系统中的PIW256。
图7后桥智能IO的输出和输入配置
至此，整个主机区系统的硬件组态已经全部完成，下面介绍下通过编写程序完成主从站的数据通讯。
3.3主站与智能从站间的通讯
完成硬件组态后，不需要额外增加硬件设备，仅需要通过编写程序，就能够完成智能IO与主站IO控制器数据通讯。以远程控制后桥油泵启动为例，介绍主站与智能从站的数据通讯。主站定义油泵启动输入点位I0.0，前桥主站IO控制器的程序如下图8所示。
图8前桥主站程序图
根据3.2章节介绍的对应关系，前桥区发送的远程控制信号PQW156与后桥的PIW256相对应，因此，前桥主站与后桥智能IO从站数据通讯的程序如下图9所示。
图9后桥智能从站程序图
4智能IO通讯的应用情况
相比预精焊车间里其他的IO控制器间的通讯方式，例如通过DP-Coupler进行通讯等，智能IO通讯无需额外的软硬件，仅仅通过软件配置就可以实现简单的IO控制器的连接。该智能通讯方式在预精焊分厂主机区已经应用了两年多的时间，通讯稳定可靠，使用效果良好，能够满足预精焊主机区各设备之间数据通讯的要求。
智能IO的使用将主机区的所有设备利用网络连接起来，形成了一个大系统，这便于设备日常维护管理。由于智能IO从站的程序存储在各自的Step7项目中，这为以后的设备改造提供了极大的便捷性和足够的空间。
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