基于ＩＮＴＥＲＢＵＳ現(xiàn)場總線系統(tǒng)的過程監(jiān)控與診斷研究

摘要：該文結(jié)合基于INTERBUS現(xiàn)場總線的機電一體化柔性模擬生產(chǎn)線系統(tǒng)，討論了總線結(jié)構(gòu)下的監(jiān)控與診斷方式。對基于控制器和PCWORX的總線故障診斷系統(tǒng)及基于組態(tài)王監(jiān)控軟件的現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的故障診斷監(jiān)控進行了分析，較詳細描述了以DDE動態(tài)數(shù)據(jù)交換為橋梁的組態(tài)王與VB結(jié)合的監(jiān)控與診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)的配置方式。

關(guān)鍵詞：INTERBUS現(xiàn)場總線；診斷系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044(2009)05-1248-02

Based on INTERBUS Field Bus System's Process Monitoring And Diagnosis Research

WANG Li， XIE Fei

(Tianjin Light Industry Vocational and Technical College， Tianjin 300000， China)

Abstract: This article unifies based on the INTERBUS field bus's integration of machinery flexibility simulation production line system， discussed under the bus structure monitoring and the diagnosis way. Including based on controller and PCWORX main line failure diagnosis system; Monitors the software based on the configuration king regarding the scene production process in failure diagnosis monitoring sum. Finally， to make up the configuration king in the data processing and the serial data correspondence aspect insufficiency， discussed take the DDE dynamic data exchange as the bridge configuration king and the VB union monitoring and the diagnosis system structure， as well as system's collocation method.

Key words: INTERBUS field bus; diagnosis system; supervisory system; configuration

1 引言

InterBus現(xiàn)場總線作為 IEC 61158標(biāo)準之一，是一種開放型的串行總線系統(tǒng)，為快速傳感器/執(zhí)行器在工業(yè)環(huán)境中傳輸過程數(shù)據(jù)而設(shè)計，其數(shù)據(jù)傳輸速度快、效率高?？偩€控制器和總線設(shè)備具有智能化和很強的故障診斷能力，優(yōu)化的診斷功能最大程度減小了維護周期，易于處理和安裝，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化制造行業(yè)。

2 柔性模擬生產(chǎn)線系統(tǒng)概述

該機電一體化柔性模擬生產(chǎn)線采用Interbus總線，由9個子站組成，分別是備料、下料、加蓋、穿銷、模擬、綜檢、液壓、分揀和倉儲單元。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

管理層由監(jiān)控PC通過交換機和ILC-350ETH共同構(gòu)成，ILC350通過集成的以太網(wǎng)接口和其它的控制器和系統(tǒng)進行通訊。控制層則由兩個從控制器ILC200 UNI和總線耦合器 BK模塊 、數(shù)字輸入、輸出模塊 DIO組成。整個系統(tǒng)的組態(tài)和編程在PC WORX中完成，PCWORX結(jié)合了單機及系統(tǒng)的組態(tài)、編程和的全部工具，為所有使用以太網(wǎng)、RS232或INTERBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的連續(xù)操作提供了一個完備的工具包。上位由組態(tài)王構(gòu)成監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上我們進行了總線故障診斷方式的研究。

3 系統(tǒng)監(jiān)控與故障診斷

3.1 基于遠程現(xiàn)場控制器的總線故障診斷

InterBus總線控制器RFC430中的標(biāo)準寄存器提供了總線運行的狀態(tài)信息，也可通過控制程序操作總線系統(tǒng)。寄存器的地址可利用PC WORX組態(tài)軟件在控制系統(tǒng)的輸入或輸出地址區(qū)域設(shè)定。診斷和自啟動程序在PC WORX 2.02中功能編程軟件Program Worx上開發(fā)，采用ST（結(jié)構(gòu)化文本）語言編程，編程后封裝成功能模塊。該模塊以診斷狀態(tài)寄存器、診斷參數(shù)寄存器作為輸入，經(jīng)過處理之后把診斷信息賦給全局外部變量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA。自啟動功能可以檢測故障是否清除，一旦檢測到故障已經(jīng)清除后，通過標(biāo)準功能啟動寄存器，啟動總線運行。

在線故障診斷首先將故障類型、故障代碼和對應(yīng)的詳細信息以及處理方法保存在數(shù)據(jù)庫中。當(dāng)INTERBUS控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，診斷程序根據(jù)INTERBUS OPC Server送來的全局外部變量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA可以立即獲得診斷后的故障類型、故障位置和故障代碼，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫編程，可以實時顯示故障詳細信息以及處理方法，維護人員根據(jù)這些信息做出迅速處理，并盡快恢復(fù)系統(tǒng)運行，以提高生產(chǎn)效率。在線故障診斷提高了INTERBUS現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)的可靠性。

3.2 生產(chǎn)過程實時監(jiān)控與診斷

檢測診斷系統(tǒng)設(shè)計主要包括：1）監(jiān)測與數(shù)據(jù)采集功能；2）人機界面操作環(huán)境；3）分析診斷功能；4）報表功能。

基于組態(tài)王的監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與分析顯示功能。用戶可以進行采樣參數(shù)如監(jiān)視機組的采樣長度、采樣通道、數(shù)據(jù)保存的時間間隔、組數(shù)等設(shè)置；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進行實時數(shù)據(jù)顯示，包括備料數(shù)、下料數(shù)、加蓋傳銷數(shù)、總檢正品、次品數(shù)以及倉儲數(shù)量等；用戶在界面上也可以通過繪制實時數(shù)據(jù)的波形圖，直觀觀察數(shù)據(jù)的變化。采集、分析顯示是通過調(diào)用驅(qū)動程序完成對硬件的操作，數(shù)據(jù)采集并不直接與硬件打交道，而是通過驅(qū)動程序來控制硬件。組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)庫分為兩種：實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)將存入實時數(shù)據(jù)庫，可以通過DDE供其他外部程序調(diào)用。

診斷系統(tǒng)建立在監(jiān)測系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的選擇從歷史數(shù)據(jù)庫調(diào)出?；诮M態(tài)王設(shè)計的診斷系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)報警、報表、歷史曲線、診斷分析等功能。監(jiān)測系統(tǒng)與診斷系統(tǒng)是既相互獨立又緊密聯(lián)系，診斷系統(tǒng)中完成不同功能的程序代碼被封裝成函數(shù)形式，在組態(tài)王中通過編寫代碼，并將這些代碼按照診斷系統(tǒng)要求封裝成模塊，完成診斷分析功能開發(fā)。診斷功能采用可擴展的接口方式，用戶可以隨意擴充模塊功能，便于升級。

4 基于DDE的VB與組態(tài)王結(jié)合的遠程監(jiān)控診斷

組態(tài)王具有良好的圖形界面、豐富的驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)功能。但是，對于利用串口設(shè)備實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量通信的系統(tǒng)，組態(tài)王存在很大的局限性。借助VB編程可以實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的串口通信、復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和處理等功能。以彌補組態(tài)王在大量數(shù)據(jù)的串行通信和大量數(shù)據(jù)計算處理方面的不足。如圖2所示。

DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換）是指在操作系統(tǒng)環(huán)境下各個應(yīng)用程序間進行實時動態(tài)數(shù)據(jù)交換。一旦提供數(shù)據(jù)的服務(wù)方改變了交換數(shù)據(jù)的內(nèi)容，接受數(shù)據(jù)的客戶方將立即自動更新交換數(shù)據(jù)內(nèi)容，從而有效地保證了數(shù)據(jù)傳送的一致性。提出交換請求的一方稱為客戶（Client），對交換請求作出響應(yīng)或提供服務(wù)的一方稱為服務(wù)器（Server）。串口通信服務(wù)程序向組態(tài)軟件提供串口數(shù)據(jù)的服務(wù)，是服務(wù)器端，又稱為發(fā)送端；而組態(tài)軟件向通信服務(wù)程序發(fā)出請求，并接收其發(fā)送的數(shù)據(jù)，是客戶端。

我們使用組態(tài)王獲得生產(chǎn)線某段工件堆積數(shù)與傳送帶電機的轉(zhuǎn)速如圖3，并將數(shù)據(jù)傳遞給VB后臺進行分析，計算獲得傳送帶電機轉(zhuǎn)速調(diào)整數(shù)據(jù)后傳回組態(tài)王并設(shè)置PLC相關(guān)寄存器，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。這樣可以在VB環(huán)境中隨時在線調(diào)整電機轉(zhuǎn)速的或控制參數(shù)。

這里，我們首先需要建立組態(tài)王和VB的DDE連接， 新建一個名為vbPID的DDE設(shè)備，服務(wù)程序名PIDSer，話題名PIDcontrol，數(shù)據(jù)交換方式為標(biāo)準WINDOWS項目交換。

對于由組態(tài)王傳至VB的數(shù)據(jù)，我們在變量詞典中新建變量后，連接設(shè)備設(shè)設(shè)置為vbPID，項目名設(shè)這里為TASK和SPEED。對于VB回傳至組態(tài)王的調(diào)整后速度數(shù)據(jù)這里為ADJ_SPEED， 依然將連接設(shè)備設(shè)置為vbPID。

在VB中程序PIDSer.vbp 中屬性設(shè)置為（Form1為Text1所在窗體）：

Form1.LinkTopic = \"PIDcontrol\"‘?dāng)?shù)據(jù)交換的話題

Form1.LinkMode = 1‘作為服務(wù)器

變量文本Text顯示變量SPEED1的值設(shè)置：

Text.LinkTopic =\"PIDcontrol\" ‘?dāng)?shù)據(jù)交換的話題

Text.LinkItem = \"SPEED\"‘組態(tài)王中變量的項目名稱

Text.LinkMode = 1‘Automatic 模式

屬性設(shè)置前必須開啟組態(tài)王界面，否則會出現(xiàn)連接錯誤的提示信息。任務(wù)數(shù)TASK變量的設(shè)置與變量SPEED設(shè)置相同。

VB傳至組態(tài)王的數(shù)據(jù)，需要在相應(yīng)的組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中添加變量設(shè)置連接設(shè)備為vbPID，項目名稱是VB中對應(yīng)的文本控件名稱。這樣我們實現(xiàn)了VB與組態(tài)王數(shù)據(jù)的處理和交換。

5 結(jié)束語

InterBus具有速度快、周期性和過程數(shù)據(jù)的等時傳輸和優(yōu)化的診斷功能。對于現(xiàn)場總線的監(jiān)控診斷方式，我們采用了基于控制器和PCWORX的總線故障診斷系統(tǒng)，對于現(xiàn)場生產(chǎn)過程中的故障，組態(tài)王監(jiān)控軟件提供了直觀快捷的人機界面實時反應(yīng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。為了彌補組態(tài)王在數(shù)據(jù)處理和串行數(shù)據(jù)通信方面的不足，討論了以DDE為橋梁的組態(tài)王和VB結(jié)合的監(jiān)控與診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以及系統(tǒng)的配置方式，并將其應(yīng)用于我院模擬生產(chǎn)線速度的自動控制。

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