摘要：針對(duì)某輪胎廠硫化車(chē)問(wèn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹了利用開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由PLC完成生產(chǎn)的步序控制，并由以太網(wǎng)模塊完成PLC與上位工控機(jī)之問(wèn)的數(shù)據(jù)通訊 關(guān)鍵詞:硫化機(jī)；算機(jī)控制；工業(yè)以太網(wǎng)：MC協(xié)議 1 引言 隨著4C技術(shù)的發(fā)展（Computer，Contro1，CRT），由監(jiān)控軟件和PLC（可編程控制器）組成的控制模式已成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的流行趨勢(shì)。此類(lèi)控制模式中，系統(tǒng)一般分為上、下兩個(gè)層次，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為上位機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、分析處理、復(fù)雜運(yùn)算、狀態(tài)顯示以及打印輸出等功能；PLC為下位機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)判別、輸入輸出控制等功能。這種模式充分利用了微機(jī)和PLC各自的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文源于某輪胎廠硫化機(jī)車(chē)問(wèn)擴(kuò)建改造工程實(shí)例，考慮到工業(yè)以太網(wǎng)良好的可靠性和實(shí)時(shí)性，采用其作為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)輪胎硫化過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和報(bào)警等功能。 　　輪胎硫化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，也是輪胎制造工藝流程中的最后一個(gè)關(guān)鍵階段。為了使得最終產(chǎn)品滿(mǎn)足規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這一過(guò)程中所發(fā)生的各種化學(xué)、物理反應(yīng)都必須嚴(yán)格按照預(yù)定的方式進(jìn)行。因此，必須使用PLC對(duì)硫化機(jī)設(shè)備的溫度、壓力、時(shí)問(wèn)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其按照預(yù)定的軌線(xiàn)波動(dòng)。除此之外，現(xiàn)場(chǎng)工作人員，必須清楚地知道每個(gè)輪胎的硫化情況，因此必須實(shí)時(shí)地對(duì)這些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行各種方式（數(shù)字或曲線(xiàn)等）的顯示、記錄和報(bào)警等，本文所述監(jiān)控系統(tǒng)很好地完成了上述工作。 2 系統(tǒng)構(gòu)成 該車(chē)間主要生產(chǎn)乘用車(chē)輪胎和輕型、中型卡車(chē)輪胎，其裝置的硫化室內(nèi)徑一般在65°以下，因此采用國(guó)內(nèi)廣泛運(yùn)用的液壓式膠囊雙模定型硫化機(jī)，一個(gè)硫化裝置能同時(shí)對(duì)兩個(gè)輪胎進(jìn)行硫化。對(duì)硫化機(jī)的控制情況直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量，本文所述監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)控制站的PLC直接完成對(duì)硫化機(jī)的控制，因此控制站的結(jié)構(gòu)直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能。 　　硫化過(guò)程步序控制采用的三菱Q（Q02）系列PLC，并使用與其相配套電源模塊、基本機(jī)架、模擬量輸入（AI）模塊、模擬量輸出（A0）模塊、數(shù)字量輸入（DI）模塊、數(shù)字量輸出（DO）模塊和一些溫度壓力傳感器等對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、控制和報(bào)警。采用三菱的觸摸屏或平板電腦完成對(duì)單臺(tái)硫化機(jī)關(guān)鍵參數(shù)顯示、控制參數(shù)設(shè)置等功能，平板電腦采用與PLC進(jìn)行通訊，觸摸屏直接讀取PLC內(nèi)部的數(shù)據(jù)單元的值，因此PLC機(jī)架上安裝了三菱串口通訊模塊（C24）與平板電腦進(jìn)行通訊，通訊中遵循三菱公司制定的串口通訊協(xié)議。平板電腦運(yùn)行一個(gè)用VB編寫(xiě)的程序通過(guò)串口采集關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，并用以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，觸摸屏所在的硫化機(jī)通過(guò)三菱以太網(wǎng)模塊E71與上位工控機(jī)通訊。 　　監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，考慮到系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和信息傳遞的可靠性、實(shí)時(shí)性，監(jiān)控計(jì)算機(jī)和PLC之間采用高速可靠的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)以太網(wǎng)通訊方式，通訊速率達(dá)10Mbps，這種方式可在無(wú)需增加任何硬件的前提下方便地與其它信息管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，形成管理控制一體化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以提高全公司的管理水平。 　　監(jiān)控站主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的記錄和顯示、監(jiān)控硫化過(guò)程的參數(shù)變化、各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。它主要由兩臺(tái)高性能工業(yè)控制計(jì)算機(jī)來(lái)完成的，其硬盤(pán)容量為，根據(jù)其要求的數(shù)據(jù)采集速率，可以存儲(chǔ)不少于10年的數(shù)據(jù)。其基本硬件構(gòu)成為： 　　研華高性能_T控機(jī)2臺(tái)：CPUPIII1.OG，內(nèi)存128M，硬盤(pán)30G，顯示器17、J‘彩顯，網(wǎng)卡和集線(xiàn)器等。 　　軟件基本構(gòu)成為： 　　系統(tǒng)軟件：Windows2000professional。 　　應(yīng)用軟件：MicrosoftOffice，用VC白行編寫(xiě)的監(jiān)控軟件。 　　圖1為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)分為三個(gè)層次：第一層為兩臺(tái)工控機(jī)組成的上位機(jī)監(jiān)控站；第二層為由集線(xiàn)器、雙絞線(xiàn)和收發(fā)器等組成的工業(yè)以太網(wǎng)；第三層為控制站，根據(jù)具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，分為平板電腦硫化機(jī)群和觸摸屏硫化機(jī)群兩種，圖中只給出了通訊涉及到的硬件連接。 [align=left] 監(jiān)控站和控制站的數(shù)據(jù)傳輸是基于以太網(wǎng)的，考慮到傳輸過(guò)程對(duì)實(shí)時(shí)l生和可靠性的要求，選擇TCP～P作為通訊協(xié)議，并采用C／S模式（客戶(hù)機(jī)／服務(wù)器模式）使控制站和監(jiān)控站實(shí)現(xiàn)面向連接的通訊。同時(shí)，由于下位控制站為三菱PLC，它通過(guò)以太網(wǎng)模塊E71與工控機(jī)進(jìn)行通訊，因此，通訊過(guò)程所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包還必須遵循三菱的MC協(xié)議。 　　通訊過(guò)程中，上位I：控機(jī)為通訊模式中的服務(wù)器，它監(jiān)聽(tīng)每個(gè)客廠1端的連接請(qǐng)求，并每隔一個(gè)時(shí)間段（通常為一個(gè)采樣周期）檢測(cè)每個(gè)連接的有效性，若有效，則按照MC協(xié)議的格式發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包給下位機(jī)以讀取相應(yīng)參數(shù)的值；當(dāng)接受到一個(gè)數(shù)據(jù)包以后，先檢查數(shù)據(jù)包的有效性，若有效，則解包并分析出相應(yīng)參數(shù)的值，否則丟棄該包?？蛷V端實(shí)際為E71模塊，它內(nèi)置有一個(gè)固化的通訊程序（初始時(shí)，需要對(duì)該固化程序用到的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如IP地址、端口號(hào)、使用的協(xié)議和通訊方式等），該固化程序負(fù)責(zé)分析每一個(gè)外部設(shè)備發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)包的正確性，若正確，則根據(jù)數(shù)據(jù)包中包含的命令信息執(zhí)行相關(guān)的操作（如讀寫(xiě)PLC中的某個(gè)數(shù)據(jù)單元的值等），并把執(zhí)行后得到的數(shù)據(jù)信息按照MC協(xié)議格式封包發(fā)送給上位機(jī)，若不正確，則丟棄該包并開(kāi)啟E71模塊的錯(cuò)誤指示燈，若在一個(gè)設(shè)定的時(shí)間段以?xún)?nèi)沒(méi)有收到數(shù)據(jù)包，就強(qiáng)行斷開(kāi)該連接。由于固化程序中沒(méi)有包含建立連接的功能，而E71模塊作為通訊模式中的客，LI端，它必須在連接沒(méi)有打開(kāi)的時(shí)候，主動(dòng)嘗試打開(kāi)與上位機(jī)的連接（發(fā)送建立連接請(qǐng)求），因此這項(xiàng)工作必須在中編寫(xiě)相應(yīng)的指令來(lái)完成。 　　網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置此操作是通過(guò)GXDeveloper來(lái)完成的。運(yùn)行該軟件，新建程序后，在Parameter項(xiàng)中的NetworkParameter中設(shè)置。主要設(shè)置項(xiàng)包括：網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型（Networktype），這里選擇以太網(wǎng)；開(kāi)始10號(hào)（StartingI／ONo.），網(wǎng)絡(luò)號(hào)（NetworkNo.），組號(hào)（GroupNo.），站號(hào)（StationNo.），通過(guò)這些參數(shù)的設(shè)置來(lái)標(biāo)識(shí)一臺(tái)PLC所在的網(wǎng)絡(luò)位置；操作設(shè)置指定以太網(wǎng)模塊的IP地址、通訊中的數(shù)據(jù)類(lèi)型（二進(jìn)制碼或ASCII碼）和連接打開(kāi)的方式（PLC主動(dòng)打開(kāi)連接或外部設(shè)備主動(dòng)打開(kāi)連接）；初始設(shè)置指定以太網(wǎng)模塊在沒(méi)有收到數(shù)據(jù)包后多長(zhǎng)時(shí)問(wèn)確定外部設(shè)備的存在性、確定的次數(shù)、每次的問(wèn)隔時(shí)間和DNS的設(shè)置等；開(kāi)放設(shè)置（Openset）設(shè)定通訊使用的協(xié)議（TCP或UDP）、打開(kāi)連接的方式（主動(dòng)或被動(dòng)）、是否需要確定外部設(shè)備的存在性、外部設(shè)備的IP地址、外部設(shè)備相關(guān)程序的端口號(hào)等。 　　客廣端連接建立步驟通過(guò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的設(shè)置，PLC作為客戶(hù)端需要主動(dòng)建立與上位機(jī)的通訊連接，同時(shí)PLC必須保證它本身與上位機(jī)之間的連接的健壯性。存任何一個(gè)時(shí)刻，如果連接出現(xiàn)異常則要重新建立連接。因此在PLC的順控程序中，需要檢測(cè)連接的打開(kāi)狀態(tài)位，若為OFF，則要用定時(shí)器循環(huán)建立連接，直到狀態(tài)為由變?yōu)镺N。而在這種方式中打開(kāi)狀態(tài)位由ON變OFF有兩種方式： 　　·當(dāng)接受到外部設(shè)備的關(guān)閉命令或PLC主動(dòng)要求關(guān)閉時(shí)，執(zhí)行關(guān)閉指令。 　　·當(dāng)以太網(wǎng)模塊在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到數(shù)據(jù)包，并在確認(rèn)外部設(shè)備的存在性后認(rèn)為外部設(shè)備不存在（外部設(shè)備非正常關(guān)機(jī)、監(jiān)控軟件非正常退出和網(wǎng)線(xiàn)脫落等情況），由模塊內(nèi)部的固化程序強(qiáng)行關(guān)閉連接。PLC端順控程序梯形圖邏輯步驟如圖2所示。當(dāng)成功打開(kāi)連接后連接打開(kāi)狀態(tài)位將自動(dòng)被設(shè)置為ON，成功關(guān)閉連接后連接打開(kāi)狀態(tài)位將簍自動(dòng)被設(shè)置為OFF。 [/align] [align=left]　　服務(wù)器端連接建立步驟服務(wù)器端監(jiān)控軟件是用VC編寫(xiě)的，采用CSOCKET的派生類(lèi)來(lái)完成通訊，CSOCKET類(lèi)是對(duì)WINSOCKET的高層封裝，客戶(hù)端和服務(wù)器實(shí)行同步通訊，并且屏蔽了TCP／IP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需處理相關(guān)的WINDOWS事件和調(diào)用服務(wù)函數(shù)就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。通訊部分定義了一個(gè)服務(wù)器套接字對(duì)象和幾個(gè)客戶(hù)端套接字對(duì)象（個(gè)數(shù)由下位機(jī)的臺(tái)數(shù)決定），并由一個(gè)客戶(hù)端套接字鏈來(lái)管理所有客戶(hù)端套接字。服務(wù)器套接字主要負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)連接請(qǐng)求、客戶(hù)端套接字更新等，每次監(jiān)聽(tīng)到新的連接請(qǐng)求后，根據(jù)發(fā)出請(qǐng)求的下位機(jī)IP地址生成新的客戶(hù)端套接字，并把它插入程序的客戶(hù)端套接字鏈中?？蛻?hù)端套接字保存已建立的連接信息，當(dāng)發(fā)出連接請(qǐng)求并成功建立后，生成一個(gè)客廣端套接字對(duì)象，它是上位機(jī)與下位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)的依據(jù)。服務(wù)器端連接建立步驟的流程如圖如圖3所示。 [/align] 　　協(xié)議協(xié)議的全稱(chēng)為，它包括串口和以太網(wǎng)兩個(gè)部分，本文討論的是其在以太網(wǎng)中的應(yīng)用，因此串口部分不做介紹。它規(guī)定了外部設(shè)備與以太網(wǎng)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)格式（幀中每個(gè)數(shù)據(jù)位的具體含義），同一種幀包含了ASCII碼和二進(jìn)制碼兩個(gè)版本，本文僅討論它的ASCII碼形式。系統(tǒng)使用QnAcompatible3E幀，它是適合與E71模塊進(jìn)行通訊的幀。其包含的域如圖4所示。 [align=left]　　其中，報(bào)頭為T(mén)CPhP報(bào)頭，由于在VC中使用的派生類(lèi)通訊，所以該項(xiàng)已透明；消息類(lèi)型標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包是外部設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)包（命令包，為“5000”時(shí)）還是以太網(wǎng)模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)包（響應(yīng)包，為“D000”時(shí)）；Q協(xié)議頭指定了數(shù)據(jù)包發(fā)至，發(fā)自的下位機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的位置以及此項(xiàng)以后還有多少個(gè)字節(jié)為幀的結(jié)尾；命令代碼為命令的類(lèi)型，它由一個(gè)主命令和一個(gè)子命令來(lái)唯一標(biāo)識(shí)，響應(yīng)包中不包括此項(xiàng)：數(shù)據(jù)域?yàn)槊顢?shù)據(jù)或響應(yīng)數(shù)據(jù)。 　　4 監(jiān)控軟件設(shè)計(jì) 上位機(jī)監(jiān)控軟件主要完成對(duì)硫化過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、分析與報(bào)表和報(bào)警等功能，它采用VC編寫(xiě)。軟件的功能結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。 [/align] [align=left]　　網(wǎng)絡(luò)通訊模塊主要是按照上節(jié)所述的步驟進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警，每當(dāng)收到一組正確的數(shù)據(jù)后，根據(jù)其值進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)繪制，實(shí)時(shí)曲線(xiàn)采用圓盤(pán)坐標(biāo)的形式繪制一天之內(nèi)的所有硫化機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，并對(duì)超出規(guī)定范圍的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警以及網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)報(bào)警等數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)部分主要是對(duì)歷史數(shù)據(jù)的操作，通過(guò)查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)每臺(tái)硫化機(jī)已發(fā)生過(guò)的硫化過(guò)程進(jìn)行數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)等多方面的分析，找到硫化過(guò)程中潛在的錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)庫(kù)管理主要功能包括數(shù)據(jù)的存取和維護(hù)等，從網(wǎng)絡(luò)中接收到的數(shù)據(jù)需要立即存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便以后分析，同樣在數(shù)據(jù)分析時(shí)需要查詢(xún)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，該部分采用來(lái)完成，為了方便數(shù)據(jù)的管理，程序每天自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)文件，每個(gè)文件為每一臺(tái)硫化機(jī)維護(hù)一個(gè)表進(jìn)行參數(shù)記錄報(bào)表功能主要包括歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表、已產(chǎn)生的歷史曲線(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、數(shù)據(jù)的打印輸出等。 5 總結(jié) 輪胎工業(yè)屬于混合工業(yè)，所涉及到的底層信息實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量大、種類(lèi)繁多，其車(chē)間自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施具有一定的復(fù)雜性。系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、試運(yùn)行，情況良好。實(shí)踐證明，采用本文所述系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控，減輕了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率，能與其它車(chē)間的計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)一起構(gòu)成企業(yè)的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。[/align]