串行網(wǎng)關(guān)AB7007在X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用

李 賀，王愛震

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

輪胎質(zhì)量直接關(guān)系人和車的安全，各國輪胎制造企業(yè)都非常重視成品輪胎的X光檢測[1]。

X光機(jī)系統(tǒng)包括可編程邏輯控制器（PLC）電氣控制系統(tǒng)和X光發(fā)射成像系統(tǒng)，其中PLC電氣控制系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)、變頻控制系統(tǒng)和人機(jī)界面操作系統(tǒng)；X光發(fā)射成像系統(tǒng)包括高壓發(fā)生器、高壓控制器、水冷卻系統(tǒng)、X光管和工控機(jī)等，其中工控機(jī)有數(shù)據(jù)采集和分段成像的功能，能快速、穩(wěn)定地接收圖像信號，經(jīng)模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換器將模擬信號變換為數(shù)字信號，經(jīng)成像軟件處理后，將輪胎內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖像清晰地顯現(xiàn)在顯示器上。PLC與高壓控制器之間需通過串行網(wǎng)關(guān)通信，串行網(wǎng)關(guān)AB7007由導(dǎo)軌安裝在X光機(jī)系統(tǒng)中，通過串行通信協(xié)議RS232連接工業(yè)以太網(wǎng)的接口模塊，實現(xiàn)PLC與高壓控制器的數(shù)據(jù)交換。

本工作研究串行網(wǎng)關(guān)AB7007和高壓控制器的配置，使X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)的PLC與高壓控制器之間能準(zhǔn)確地交換數(shù)據(jù)。

1 X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)組成

X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)主要用于對輪胎進(jìn)行無盲區(qū)射線檢測，即采用X射線從多個方向全景照射輪胎，測定通過的X射線輻射量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過成像軟件進(jìn)行圖像處理，將輪胎斷面圖像清晰地顯示在高分辨率顯示器上，以評價輪胎質(zhì)量。其中成像系統(tǒng)具有實時圖像采集、存儲、處理和打印功能，可以實現(xiàn)實時圖像滾動，能把輪胎斷層圖像以圖片格式輸出并存儲，還可以實時顯示輪胎斷層缺陷，包括鋼絲斷裂、分布不均和內(nèi)部撕裂等。

X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)組成如圖1所示。從圖1可以看出，X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)包含8個伺服電機(jī)、5個變頻電機(jī)、2個觸摸屏、1個圖像處理工作站、1個高壓控制器MP1、2個工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和一些模塊，整個系統(tǒng)以以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)通訊為主，局部（如串行網(wǎng)關(guān)AB7007與高壓控制器MP1之間）采用串口通訊[2]。其中，高壓控制器MP1（英國Gulmay公司產(chǎn)品）由微處理器控制，連接X光發(fā)生器的控制面板，可以設(shè)置不同X光管和高壓發(fā)生器的運行模式。PLC通過串行網(wǎng)關(guān)AB7007與高壓控制器MP1通訊，從而實現(xiàn)電壓和電流的讀寫。在X光發(fā)射程序開始之前，高壓控制器的電壓/電流顯示器顯示輸出電壓/電流，該值會根據(jù)具體要求而先確定[3]。

圖1 X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)組成

2 串行通訊協(xié)議的工作模式

現(xiàn)場總線和串行網(wǎng)絡(luò)之間交換的所有數(shù)據(jù)都存儲在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的緩沖區(qū)中。網(wǎng)絡(luò)上的PLC和自動化設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通過網(wǎng)關(guān)內(nèi)部的緩沖區(qū)進(jìn)行。網(wǎng)關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)中的輸入/輸出（I/O）數(shù)據(jù)都是經(jīng)過解包的純數(shù)據(jù)，這允許輸送速度相對較低的串行接口接入輸送速度較高的現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)中，而無需對上層有任何限制。串行通訊協(xié)議有兩種不同的工作模式。

（1）主站模式

網(wǎng)關(guān)在串行網(wǎng)絡(luò)上作為主站，發(fā)送請求并等待接收串行設(shè)備響應(yīng)。在主站模式下，串行協(xié)議Modbus-RTU是一種內(nèi)置協(xié)議，可以通過配置向?qū)гO(shè)置。除串行協(xié)議Modbus-RTU以外，主站模式還可以用于其他基于請求/響應(yīng)的串行協(xié)議。

（2）通用數(shù)據(jù)模式

在通用數(shù)據(jù)模式中，網(wǎng)關(guān)與所連接的串行設(shè)備之間沒有主從關(guān)系。串行網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點，包括網(wǎng)關(guān)，都可以自主地生產(chǎn)或消費報文。任何節(jié)點也不必對報文做出響應(yīng)，同樣也不必為所發(fā)送的請求等待響應(yīng)。

本工作X光機(jī)系統(tǒng)中的串行網(wǎng)關(guān)AB7007與高壓控制器MP1之間的通訊采取通用數(shù)據(jù)模式。

3 高壓控制器MP1的接線方式和數(shù)據(jù)格式

3.1 接線方式

串行網(wǎng)關(guān)AB7007與高壓控制器MP1的網(wǎng)絡(luò)連接采用串行通信協(xié)議RS2321，其中硬件接線輸入方式采用RS232 Rx，輸出方式采用RS232 Tx，接地方式采用Signal GND。高壓控制器MP1的接線方式如圖2所示。

圖2 高壓控制器MP1的接線方式

3.2 數(shù)據(jù)格式

高壓控制器MP1的數(shù)據(jù)請求信息從“？”開始，指令信息從“！”開始。所有信息以回車符（CR）結(jié)束。任何不合法的信息在括號中回應(yīng)。

3.2.1 數(shù)據(jù)請求信息

數(shù)據(jù)請求信息格式為？<指令字符>。識別要求如下。

V：要求顯示電壓，回答為？V<號碼>。

I：要求顯示電流，回答為？I<號碼>。

M：需要獲得高壓控制器MP1的當(dāng)前模式與鑰匙狀態(tài)等，響應(yīng)格式為？M。各模式信息如下。

000：鑰匙開關(guān)在位置2。

001：鑰匙開關(guān)在位置3，但X光沒有打開。

002：預(yù)警模式，X射線發(fā)射前進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警時間一般為1～3 s。

003：X光發(fā)射或者關(guān)閉的中間狀態(tài)。

004：自動模式下，X光發(fā)射并開始曝光。

3.2.2 指令信息

指令信息格式為！<指令字符> 或！<指令字符> <號碼> 。

V：！V <號碼> ，設(shè)置電壓。

I：！I <號碼> ，設(shè)置電流。

X：！X，啟動X光發(fā)射。

O：！O，終止X光發(fā)射。

3.3 注意事項

（1）高壓控制器MP1首次使用或停機(jī)48 h后再次使用時，需要對X光發(fā)生裝置預(yù)熱，預(yù)熱方法為：在0 mA下，鑰匙在3檔位（發(fā)光檔）進(jìn)行操作，從5 kV開始，在最高工作電壓的50%以下時，電壓每分鐘增大5 kV；在最高工作電壓的50%～80%時，電壓每5 min增大5 kV；在最高工作電壓的80%～100%時，電壓每10 min增大5 kV。

（2）手動操作：鑰匙在2檔位，點擊設(shè)置（Set）按鈕，LED數(shù)碼管閃爍，輸入數(shù)字004，點擊進(jìn)入（Enter）按鈕，進(jìn)入手動操作模式，旋轉(zhuǎn)手動調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，旋轉(zhuǎn)鑰匙到3檔位，點擊X光發(fā)射（X-Ray On）按鈕進(jìn)行照射，點擊X光關(guān)閉（X-Ray Off）按鈕停止照射，照射結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)鑰匙到1檔位。

（3）自動操作：鑰匙在2檔位，點擊Set按鈕，LED數(shù)碼管閃爍，輸入數(shù)字800，點擊Enter按鈕，進(jìn)入自動操作模式；旋轉(zhuǎn)鑰匙到3檔位，當(dāng)執(zhí)行到發(fā)光程序時，系統(tǒng)自動輸入?yún)?shù)并發(fā)光，X光照射結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)鑰匙到1檔位。

（4）X光發(fā)生器正常工作時，安全指示燈（Safety）、電源指示燈（Mains）和X光發(fā)射預(yù)警燈長亮，X-Ray On指示燈閃爍。

高壓控制器MP1在任何時間都能響應(yīng)PLC的數(shù)據(jù)請求，只是在程序方式800（遙控串行通信協(xié)議RS2321透視）或802（遙控串行通信協(xié)議RS2321照相）和鑰匙開關(guān)位于3檔位時接受指令。

4 串行網(wǎng)關(guān)AB7007的設(shè)置

第1步：打開Anybus Configuration Manager軟件后，選擇空白設(shè)置，單擊確定。

第2步：配置現(xiàn)場總線。設(shè)置串行網(wǎng)關(guān)AB7007的IP地址為192.168.1.23，通訊方式為Ethernet/IP。

第3步：配置通信方式（Communicator）。設(shè)置通信協(xié)議為RS232/422/485，串行數(shù)據(jù)通信以位為單位，在這種數(shù)據(jù)傳輸方式中，數(shù)據(jù)傳輸方向上只用1根通信線。該通信線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡(luò)控制線，數(shù)據(jù)和聯(lián)絡(luò)信號在這根線上按位傳輸。由于串行通信方式傳輸信號線少，數(shù)據(jù)傳輸速度慢，因此常用于低速、遠(yuǎn)距離通信。其中串行通信協(xié)議RS2321是美國電子工業(yè)聯(lián)合會（EIA）于1969年公布的通信協(xié)議，適合于數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒0～20 000 bit的串行通信，是為遠(yuǎn)程通信中數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的連接而制定的。串行網(wǎng)關(guān)AB70007的串行通信協(xié)議RS232配置如下。

設(shè)置協(xié)議模式（Protocol Mode）為通用數(shù)據(jù)模式（Generic Data Mode），波特率（Bitrate）為9 600 bit·s-1，數(shù)據(jù)位數(shù)（Data Bits）為8位，奇偶校驗位（Parity）為無，物理標(biāo)準(zhǔn)（Physical Standard）為串行通信協(xié)議RS232，停止位（Stop Bits）為1。

第4步：配置產(chǎn)品（Produce）參數(shù)，如圖3所示。發(fā)送數(shù)據(jù)采用改變字節(jié)狀態(tài)作為觸發(fā)（Change of State on Trigger），發(fā)送數(shù)據(jù)為6個字節(jié)，第7個字節(jié)作為觸發(fā)字節(jié)（Trigger Byte）。

圖3 Produce配置參數(shù)

第5步：配置Produce的數(shù)據(jù)（Data）參數(shù)。數(shù)據(jù)長度（Data Length）為0x0006，數(shù)據(jù)定位（Data Location）為0x0200。

第6步：配置損耗（Consume）參數(shù)。設(shè)置離線超時時間（Offline Timeout Time）為0（10 ms），Trigger Byte為禁用（Disabled），觸發(fā)字節(jié)地址（Trigger Byte Address）為0x000F。

第7步：配置Consume的Data參數(shù)。設(shè)置Data Length為0x0006，Data Location為0x0000。

第8步：保存配置，連接串行網(wǎng)關(guān)AB7007并下載配置。串行網(wǎng)關(guān)AB7007下載前后的配置見圖4。

圖4 串行網(wǎng)關(guān)AB7007下載前后的配置

5 PLC軟件RSLogix5000組態(tài)配置

第1步：PLC軟件RSLogix5000組態(tài)的模塊選擇見圖5。

圖5 模塊選擇

第2步：設(shè)置參數(shù)，見圖6。

圖6 參數(shù)設(shè)置

第3步：設(shè)置數(shù)據(jù)刷新時間間隔，見圖7。因為數(shù)據(jù)實時性要求不高，可以增加間隔時間，以降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

圖7 數(shù)據(jù)刷新時間間隔設(shè)置

第4步：完成上述配置后，在PLC的全局變量中，會出現(xiàn)對應(yīng)的串行網(wǎng)關(guān)AB7007標(biāo)簽（如圖8所示），高壓控制器MP1的電壓和電流回傳數(shù)據(jù)會傳遞到串行網(wǎng)關(guān)AB7007：I中，實現(xiàn)高壓控制器MP1通過串行網(wǎng)關(guān)AB7007與PLC的通訊功能，PLC設(shè)定高壓控制器MP1的電壓和電流后同時控制X光的發(fā)射與關(guān)閉。

圖8 PLC全局變量

高壓控制器MP1電壓和電流的數(shù)據(jù)格式采用固定長度的數(shù)字格式，通常是3位。首先，X光機(jī)系統(tǒng)根據(jù)輪胎規(guī)格設(shè)置電壓，同時賦值給PLC變量KV_Voltage，然后把十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成ASCII碼，分別賦值給個位、十位、百位的高壓控制器電壓變量KV_HMI_ASCII[0]-KV_HMI_ASCII[2]，然后輸出到串行網(wǎng)關(guān)AB7007的變量AB7007：O.Data[0]-AB7007：O.Data[2]，即完成電壓從PLC寫入高壓控制器MP1的過程。其次，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，PLC再通過串行網(wǎng)關(guān)AB7007讀取高壓控制器MP1的電壓AB7007：O.Data[0]-AB7007：O.Data[2]，跟之前寫入的電壓做等值比較，如果相等則執(zhí)行下一步，如果不相等則報警[4]。電流讀寫步驟跟電壓相同，不同的是電壓為整數(shù)，電流為小數(shù)（精確到十分位）。

6 結(jié)語

在X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)中，串行網(wǎng)關(guān)AB7007實現(xiàn)了PLC與高壓控制器MP1的通訊，高壓控制器MP1接收PLC的指令要求，執(zhí)行啟動和停止等功能；PLC對高壓控制器MP1的電壓和電流進(jìn)行讀和寫，最終在X光機(jī)輪胎檢測系統(tǒng)中形成了一個環(huán)網(wǎng)控制，使PLC與高壓控制器MP1之間能準(zhǔn)確地交換數(shù)據(jù)。

本工作在子午線輪胎質(zhì)量檢測中的應(yīng)用前景廣闊，但還有一些需要改進(jìn)的地方，應(yīng)進(jìn)行大量的輪胎圖像模型的測試，以增加檢測準(zhǔn)確度。