陳 亮，蔡 盈，閔建東

(1.中國石化集團(tuán)石油工程機(jī)械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001;2.昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司，昆明650224)

成型機(jī)數(shù)控MX-4與PLC400及上位機(jī)數(shù)據(jù)通訊的實(shí)現(xiàn)

陳 亮1，蔡 盈2，閔建東1

(1.中國石化集團(tuán)石油工程機(jī)械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001;2.昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司，昆明650224)

為了能及時(shí)處理MEER公司生產(chǎn)的成型機(jī)數(shù)控MX-4的故障，提高生產(chǎn)效率，并為將來成型機(jī)上位機(jī)的技術(shù)改造升級(jí)做好技術(shù)儲(chǔ)備，對(duì)數(shù)控MX-4與PLC400及上位機(jī)之間硬件通訊接口，MX-4與PLC400數(shù)據(jù)交換通道的具體實(shí)現(xiàn)方法、MX-4與上位機(jī)MODEM通訊測(cè)試流程、MX-4與對(duì)上位機(jī)的數(shù)據(jù)解析刷新方法等進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果對(duì)同類故障的判定和處理提供了較好的思路。

成型機(jī)；MX-4；PLC400；上位機(jī)；通訊

中國石化集團(tuán)石油工程機(jī)械有限公司沙市鋼管廠(以下簡(jiǎn)稱沙市鋼管廠)的成型機(jī)控制系統(tǒng)是MEER公司十多年前的產(chǎn)品，上位機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)型時(shí)將各類參數(shù)通過RS232端口以串口通訊協(xié)議傳輸給MX-4，上位機(jī)上有硬件密碼狗。目前上位機(jī)使用年限已久，市場(chǎng)無備件可買，曾出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，造成停機(jī)時(shí)間過長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。由于以前對(duì)相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備不足，影響了生產(chǎn)進(jìn)度，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，因此有必要對(duì)成型機(jī)多軸數(shù)控MX-4與PLC400及上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)交換的具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行深入研究，找到較好的解決和維護(hù)方案，以備將來不時(shí)之需。

1 MX-4與PLC400及上位機(jī)的硬件通訊接口

MX-4與PLC400及上位機(jī)之間的硬件通訊接口如圖1所示。由圖1可見，MX-4 PM2U主軸X11A接口與PLC400之間PROFIBUS DP接口用DP電纜連接，二者采用PROFIBUS DP協(xié)議通訊。

圖1 MX-4與PLC400及上位機(jī)之間硬件通訊接口

MX-4 PM2U主軸X11C接口通過力士樂公司提供的型號(hào)為MX4/PC/RS422/ADAPTER/50M專用電纜與力士樂協(xié)議轉(zhuǎn)換器RS422接口連接，力士樂協(xié)議轉(zhuǎn)換器RS232端口再與西門子上位機(jī)PC F145的RS232端口連接。在MX-4端發(fā)送/接收數(shù)據(jù)采用串口RS422協(xié)議，PC端發(fā)送接收數(shù)據(jù)采用串口RS232協(xié)議。

MX-4與上位機(jī)之間加入力士樂協(xié)議轉(zhuǎn)換器是因?yàn)閮烧咧g的距離超過了15m。國際標(biāo)準(zhǔn)要求RS232通訊最大距離25m，可靠距離15m，vmax=20 kb/s；而RS422通訊最大距離1 200m，vmax=10 Mb/s。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的是19.2 kb/s。

2 MX-4與PLC400通訊數(shù)據(jù)的交換

要實(shí)現(xiàn)MX-4與PLC400通訊數(shù)據(jù)的交換，首先要在MX-4端SP-PROFIBUS并行程序中開辟數(shù)據(jù)接收和發(fā)送通道數(shù)組，在PLC400端硬件組態(tài)界面開辟與前者數(shù)組存儲(chǔ)位數(shù)相同的讀入通道(PIW)和寫入通道(PQW)，MX-4使用ECL程序指令(ECL program command)對(duì) PLC400傳遞過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作和處理。

2.1 MX-4與PLC400數(shù)據(jù)交換通道的互相映射

PLC400對(duì)數(shù)控MX-4讀寫通道的組態(tài)映射如圖2所示。讀入通道(PIW300-PIW363)和寫入通道(PQW400-PQW463)，分別為 64×8=512 bit。并且讀入通道和寫入通道的總位數(shù)要分別與SPPROFIBUS并行程序中的輸出數(shù)組a Bus[out]及a Bus[in]的總位數(shù)512位一致，否則會(huì)發(fā)生通訊溢出錯(cuò)誤。

圖2 PLC400對(duì)數(shù)控MX-4讀寫通道的組態(tài)映射

需要指出的是，在PLC400組態(tài)MX-4讀寫通道的時(shí)候，一定要先組態(tài)讀取通道(PIW300-PIW363)，之后插入寫入通道(PQW400-PQW463)，二者順序不能顛倒，否則MX-4無法與PLC400實(shí)現(xiàn)DP通訊。

MX-4端開辟的接收/寫入PLC400數(shù)據(jù)通道是通過SP-PROFIBUS程序中的C語言來實(shí)現(xiàn)，具體程序如圖3所示。

圖3 MX-4端接收/寫入程序

圖3 中a Busin[**]是向量數(shù)組，因?yàn)樵贛X-4 A_VAR.ECL文件匯中已經(jīng)將a Busin[**]等同于向量數(shù)組A00[**]，向量數(shù)組的一維即為32 bit，所以MX-4定義的接收PLC數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)總長度為32*16=512 bit，正好與上述PLC組態(tài)中開辟寫入通道(PQW400-PQW463)的總存儲(chǔ)位數(shù)512 bit一樣。

a Bus out[**]等同于向量數(shù)組A01[**]，與 PLC400 中(PIW300-PIW363)相對(duì)應(yīng)。

分析PLC400程序發(fā)現(xiàn)，由于PLC端以PIB及PQB分別對(duì)MX-4數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫入，故a Busin[**]一維相當(dāng)于4個(gè)連續(xù)的PQB**，a Bus out[**]一維相當(dāng)于4個(gè)連續(xù)的PIB。例如： a Busin[0]與 PQB400、 PQB401、 PQB402 和PQB403對(duì)應(yīng)，a Bus out[0]與PIB300、PIB301、PIB302和PIB303對(duì)應(yīng)。

2.2 PLC400端對(duì)MX-4數(shù)據(jù)的寫入/讀取

PLC400端通過組態(tài)PQW400-PQW463通道對(duì)MX-4端寫入數(shù)據(jù)，并采用LAD的MOVE指令或STL的L/T指令實(shí)現(xiàn)傳送。PLC400通過功能塊FC49將PQW400寫入MX-4，解析程序如圖4所示。

圖4 FC49寫入MX-4的解析程序

MB400由M400.0～M400.7組成，依次代表急停/復(fù)位/泵1啟/泵2啟/泵3啟/泵4啟/泵5啟/時(shí)鐘模式，這PLC端的8個(gè)信息點(diǎn)通過PLC400傳送給MX4在PLC里面的映射區(qū)PQB400(8位)，由于MX4與PLC通過2.1章節(jié)中組態(tài)的互相映射關(guān)系，能自動(dòng)讀取PQB400里面的信息。程序中PQB400、PQB401、PQB402及PQB403為對(duì)應(yīng)MX-4的a Busin[0]。

PLC400端通過組態(tài)PIW300-PIW363通道對(duì)MX-4端讀取數(shù)據(jù)，并采用LAD的MOVE指令或STL的L/T指令實(shí)現(xiàn)傳送。PLC讀取MX-4a Bus[0]至a Bus[7]程序?qū)嵗鐖D5所示。

圖5 PLC讀取MX-4的程序

2.3 MX-4端對(duì)PLC400數(shù)據(jù)的接收解析和寫入

MX-4端對(duì)PLC400數(shù)據(jù)進(jìn)行接收解析和寫入時(shí)，首先要定義MX-4系統(tǒng)軸32軸及PLC400通訊相關(guān)的參數(shù)，流程圖及其程序解釋如圖6所示。

完成MX-4系統(tǒng)軸32軸通訊參數(shù)給定和開啟通訊口后，MX-4便可通過SP-PROFIBUS并行程序接收和寫入PLC數(shù)據(jù)。

接收指令如圖7所示。

圖6 MX-4系統(tǒng)軸參數(shù)S32及PLC400通訊參數(shù)的定義流程及其解釋

圖7 MX-4接收PLC的數(shù)據(jù)指令

接收數(shù)據(jù)解析:通過連續(xù)兩條指令VS5_tem=a Busin[**]>>24&0x000000FF；VS5_A03=a Busin[**]>>8&0x0000FF00|VS5_tem獲取a Busin[**]高字節(jié)，通過VS5_tem=a Busin[**]>>8&0x000000FF和VS5_A04=a Busin[**]<<8|VS5_tem&0x0000FFFF指令獲取a Busin[**]低字節(jié)。

MX-4給PLC400發(fā)送數(shù)據(jù)指令如圖8所示。

圖8 MX-4給PLC的發(fā)送指令

3 MX-4與上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)的交換

上位機(jī)與MX-4通訊是通過OPC技術(shù)的串口通訊，硬件上二者間借助了MODEM(調(diào)制解調(diào)器)。要成功實(shí)現(xiàn)MX-4與上位機(jī)調(diào)型參數(shù)通訊數(shù)據(jù)的交換，首先要在MX-4編程調(diào)試軟件ECL中的OPC窗口加載MX-4程序中定義的通訊數(shù)據(jù)項(xiàng)。之后上位機(jī)每次調(diào)型更改參數(shù)后，MX-4的SP_PROCON并行程序檢測(cè)到上位機(jī)鍵盤有功能鍵按下時(shí)，啟動(dòng)數(shù)據(jù)交換功能。主要交換的數(shù)據(jù)為第1面/2面推板小車每步編碼器數(shù)據(jù)設(shè)置，1面/2面傾斜臺(tái)架角度設(shè)置，1面/2面模柄位置設(shè)置，設(shè)置插入某一步的數(shù)據(jù)，設(shè)置刪除某一步的數(shù)據(jù)。

3.1 MX-4與上位機(jī)OPC通訊數(shù)據(jù)的加載

MX-4與上位機(jī)OPC通訊初始化部分的程序如圖9所示。

MX-4與上位機(jī)需要交換的OPC數(shù)據(jù)項(xiàng)共有506個(gè)，定義格式分為兩種，一種是整數(shù)型的(integer)，另一種是位型的(boolen)。

例1：推管時(shí)模柄上升終點(diǎn)位置A100[13](整數(shù)型)定義為

A100[13]“MdSwTransPos”;;3;3(其中 MdSwTrans Pos為A100[13]在MX-4程序中宏定義)。

例2：上梁升到允許推管的最小位置觸發(fā)點(diǎn)V202.17(位型)定義為

V202.17“vILmsPuMin”;;3;11(其中MvILms PuMin為V202.17在MX-4程序中宏定義)。

例3：上位機(jī)鍵盤功能鍵按下V231.24(位型)定義為

V231.24“vFFucKeyPres”;;3;11。

3.2 MX-4 對(duì)上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)的解析處理

MX-4對(duì)上位機(jī)通訊數(shù)據(jù)解析處理是通過并行程序SP-PROCON來完成的。

由于在ECL的OPC加載窗口已經(jīng)對(duì)串口的各參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，在SP-PROCON并行程序中就不需要對(duì)串口波特率等進(jìn)行設(shè)置。但每次上位機(jī)斷電重啟后，若MX-4與PC通訊異常，就需要對(duì)PC與MX-4之間串口調(diào)制解調(diào)器的初始化進(jìn)行檢測(cè)。調(diào)制解調(diào)器的初始化通過MX-4端的SP-MODEM子程序完成，其核心部分流程如圖10所示。

圖9 MX-4與上位機(jī)OPC通訊初始化程序

MX-4與PC之間串口MODEM通訊正常后，MX-4通過SP-PROCON并行程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)上位機(jī)傳遞數(shù)據(jù)的讀取。MX-4中SP-PROCON的并行程序主要是對(duì)1 side/2 side的模柄位置、進(jìn)口/出口推板小車每步位置、進(jìn)口/出口臺(tái)架每步角度等上位機(jī)成型設(shè)置參數(shù)的刷新讀取，以及插入/刪除某一步數(shù)據(jù)的刷新。各參數(shù)與對(duì)應(yīng)的SPPROCON中向量變量見表1。

圖10 MX-4與PC通訊異常MODEM測(cè)試流程

表1 成型參數(shù)與對(duì)應(yīng)變量對(duì)照表

SP-PROCON并不是實(shí)時(shí)讀取上位機(jī)設(shè)置的各類成型參數(shù)，而是通過程序中的相關(guān)標(biāo)志位來判斷上位機(jī)是否有界面打開且有功能鍵按下，如果有就會(huì)啟動(dòng)執(zhí)行并刷新接收數(shù)據(jù)。SPPROCON并行程序中對(duì)某向量變量進(jìn)行插入刷新和刪除刷新，采取的方法是類似于C語言鏈?zhǔn)疥?duì)列插入操作和刪除操作的方法。SPPROCON中插入某一步刷新數(shù)據(jù)時(shí)，為防止溢出，通常采取少用一個(gè)存儲(chǔ)單元來避免。

4 結(jié)束語

介紹了數(shù)控MX-4與PLC 400及上位機(jī)之間硬件通訊接口、MX-4與PLC400數(shù)據(jù)交換通道的互相映射的實(shí)現(xiàn)、MX-4與PLC互相讀取/寫入數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方法及注意事項(xiàng)、MX-4與上位機(jī)MODEM通訊測(cè)試流程以及MX-4與對(duì)上位機(jī)的數(shù)據(jù)解析刷新方法等。希望能對(duì)使用MEER成型機(jī)的鋼管廠家及時(shí)處理設(shè)備故障和技術(shù)改造升級(jí)有一定的借鑒和參考作用。

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Research on Data Communication among Forming Machine Numerical Control MX-4,PLC400 and Upper-machine

CHEN Liang1,CAI Ying2,MIN Jiandong1
(1.Shashi Steel Pipe Works,SINOPEC Petroleum Engineering Machinery Co.,Ltd.,Jingzhou 434001,Hubei,China;2.Kunming Yunnei Power Co.,Ltd.,Kunming 650224,China)

In order to timely dispose the faults of forming machine numerical control MX-4 produced by MEER Company,improve production efficiency,and prepare technical reserves for the technology upgrade of forming machine PCin future,it conducted hardware communication interface among numerical control MX-4,PLC400 and upper machine.It analyzed and studied the concrete realization method of data exchange channels between MX-4 and PLC400,the communication testing process between MX-4 and upper computer MODEM,MX-4 and the upper machine data resolution refresh methods.The research results provided a good idea for the similar fault judgment and processing.

forming machine;MX-4;PLC400;upper computer;communication

TG335.75

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.12.011

陳 亮(1986—)，男，工程師，主要從事焊管行業(yè)電氣控制方面的設(shè)計(jì)工作。

2016-09-28

謝淑霞