拉邊機(jī)控制系統(tǒng)的兩種通訊方式比較

許新林,楊華龍

(蚌埠凱盛工程技術(shù)有限公司,蚌埠233010)

浮法玻璃的錫槽工藝為玻璃液浮動(dòng)在錫液上面成型,在表面張力和重力的作用達(dá)到平衡時(shí),玻璃液在錫液面上形成自然厚度約7 mm 的玻璃帶。適當(dāng)增加拉引力(即退火窯拉引速度),可使玻璃帶沿縱向被拉伸,厚度逐漸減薄,寬度也相應(yīng)收縮,在不增加其它措施的情況下,可以比較容易生產(chǎn)出厚度5～6 mm 的玻璃。但拉引更薄或者更厚的玻璃就存在一定困難,在拉薄和堆積的過程中,拉力使玻璃厚度減薄或者增加,而表面張力有使玻璃增厚、帶寬收縮的趨勢。所以,要使拉薄或者堆積過程有效、順利地進(jìn)行,必須選擇拉薄的適宜粘度和采取合理的工藝參數(shù)。

拉薄采用的溫度制度有重新加熱法和徐冷法兩種。目前普遍采用徐冷法,玻璃冷卻到一定溫度后,進(jìn)入拉薄區(qū)拉薄。在拉薄區(qū)設(shè)置拉邊機(jī)并控制其速度,利用拉邊機(jī)的節(jié)流作用,阻止向拋光區(qū)傳遞。浮法玻璃拉邊機(jī)控制系統(tǒng)是通過拉邊輪牽引在錫液上面的玻璃帶前進(jìn),通過調(diào)整拉邊輪的線速度及水平擺角、平面傾角,用來達(dá)到控制玻璃帶前進(jìn)以達(dá)到需要的厚度同時(shí)使玻璃帶穩(wěn)定的目的。

拉邊機(jī)操作的數(shù)值監(jiān)控實(shí)時(shí)性和操作的快速性在生產(chǎn)中尤為重要,特別是在多對拉邊機(jī)使用的情況下,如果無法將下位數(shù)據(jù)及時(shí)上傳給上位控制系統(tǒng),就會(huì)出現(xiàn)數(shù)值上傳緩慢而導(dǎo)致所調(diào)節(jié)對應(yīng)的拉邊機(jī)滯后于自己實(shí)際所需要達(dá)到的效果,就可能會(huì)引起拉邊機(jī)輪脫邊,那么就需要新的一輪調(diào)節(jié)。

該文對拉邊機(jī)控制系統(tǒng)兩種常用通訊方式的組態(tài)方式、編程方式、通訊模式進(jìn)行對比,對兩種通訊方式做一個(gè)闡述。

1 組態(tài)方式

基于西門子300PLC所選用的常用315-2DP型CPU,組態(tài)分為兩個(gè)部分,一是主CPU 中進(jìn)行組態(tài),二是對應(yīng)主CPU 還需要對分CPU 進(jìn)行組態(tài)。在主從CPU 間進(jìn)行通訊方式中選擇Profibus-DP和MPI兩種方式來進(jìn)行說明和闡述。

1.1 Profibus-DP通訊方式的組態(tài)

采用Profibus-DP 進(jìn)行通訊,所需要的配置:帶有Profibus-DP 通訊口的315-2DP 型CPU 作為主站CPU；313-2C型CPU 同時(shí)添加擴(kuò)展卡CP342-5擴(kuò)展模塊作為通訊從站；Profibus總線連接器以及電纜。

在主站CPU 中將從站的CPU 生成為一個(gè)西門子本身的GSD 文件,然后將從站組態(tài)到Profibus-Dp通訊網(wǎng)絡(luò)下面,如圖1所示共組態(tài)了16個(gè)從站,每一個(gè)從站和主站之間都有自己的通訊地址,將主站所需發(fā)送給從站的命令和從站反饋給主站的通訊信息,通過組態(tài)通訊地址對應(yīng)的字節(jié)傳輸給對方。這樣就能夠?qū)崟r(shí)的進(jìn)行信息傳輸,然后在程序中對相互傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行處理,對不同的內(nèi)容進(jìn)行不同的處理,將所傳輸?shù)膯栴}解決,采用這樣的傳輸,傳輸?shù)乃俾首羁炷軌蜻_(dá)到12 Mb/s?？紤]到通訊的距離以及通信的數(shù)據(jù)量,在通常情況下采用1.5 Mb/s就足夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)性傳輸了。

采用Profibus-DP通訊方式的從站,只要將所需的擴(kuò)展連接卡CP342-5模塊連接上即可,自身生成的GSD 文件只要安裝在主PLC中,在主PLC的DP通訊網(wǎng)絡(luò)下面將從站組態(tài)安裝上,再將從站里面所組態(tài)的擴(kuò)展模塊設(shè)置與主站對應(yīng)長度的通訊字節(jié)數(shù),即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊交互,在組態(tài)地址列表中能夠看到CP342-5模塊組態(tài)的字節(jié)為288～303,那么對應(yīng)的主站PLC中需要組態(tài)對應(yīng)的長度為6個(gè)字節(jié),設(shè)置一個(gè)可用的地址用來與從站進(jìn)行通訊。從站同時(shí)還具有一個(gè)很重要的任務(wù),將現(xiàn)場的所有驅(qū)動(dòng)裝置的實(shí)時(shí)位置、運(yùn)行狀態(tài)、以及現(xiàn)場類似于水溫水壓等所有信息采集進(jìn)入從CPU,同時(shí)將這些信息傳輸給上位系統(tǒng),讓上位系統(tǒng)操作人員通過這些信息來判斷當(dāng)前所需做出的處理和應(yīng)對方式。

1.2 MPI通訊方式的組態(tài)

采用MPI進(jìn)行通訊,所需要的配置:帶有MPI通訊口的315-2DP型CPU 作為主站CPU；帶有MPI通訊口的315-2DP型CPU 作為通訊從站；Profibus總線連接器以及電纜。

采用MPI通訊方式的主站CPU 組態(tài)比較方便,無需在硬件回路上對從站CPU 進(jìn)行什么組態(tài),所有信息的傳輸都是在主PLC中通過“SFC68的X_PUT”系統(tǒng)功能塊來虛擬調(diào)用實(shí)現(xiàn)主PLC和從PLC之間的數(shù)據(jù)傳輸。這種沒有硬件通訊模塊的通訊方式通常速度比較慢,采用這種虛擬調(diào)用的通訊方式最高的通訊速度只能夠到達(dá)187.5 kb/s,而且傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對于Profibus-DP通訊數(shù)據(jù)量要少很多。采用這種方式進(jìn)行主從CPU 通訊時(shí),主CPU 中通過虛擬調(diào)用組態(tài)的從CPU 數(shù)量比較少,如果組態(tài)的從站超過MPI通訊網(wǎng)絡(luò)所能處理的數(shù)量后,會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)延遲滯后。也就是當(dāng)你在主CPU 中發(fā)出一個(gè)指令后,從站CPU 不能夠?qū)崟r(shí)收到主站CPU 傳輸過來的信息,執(zhí)行主CPU 的指令延遲比較嚴(yán)重,同時(shí)反饋給主CPU 的信息也會(huì)出現(xiàn)滯后,經(jīng)過驗(yàn)證,當(dāng)所組對數(shù)大于10個(gè)從站時(shí),就比較容易產(chǎn)生通訊滯后的情況。

通過MPI方式通訊時(shí),從站同樣所做的處理比較簡單,沒有擴(kuò)展模塊的使用,那么在組態(tài)的情況本身不需要考慮對應(yīng)的通訊字節(jié),也不用對其進(jìn)行組態(tài)。只是在使用主CPU 發(fā)過來的信息時(shí),所需使用的地址是在主PLC已經(jīng)定義好了,只需要按照主CPU 中定義的地址進(jìn)行使用即可。同時(shí)當(dāng)有需要傳輸給主CPU 信息時(shí),也是通過虛擬調(diào)用的方式,將自身的信息、現(xiàn)場采集的信息傳輸給主CPU。在這種通訊方式下從站也是通過Profibus-DP的方式與下位驅(qū)動(dòng)裝置、以及現(xiàn)場傳感器進(jìn)行通訊,將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集進(jìn)入從站CPU然后傳輸給主CPU。

2 通訊對應(yīng)程序的說明

程序處理通常分為兩個(gè)部分,一個(gè)是在主PLC 中做出對從PLC 發(fā)出指令的處理,另外一種就是在從PLC中做出對主PLC信息接收的處理。當(dāng)采用的通訊方式不一樣時(shí),所需采用的程序也不一樣。

2.1 Profibus-DP通訊方式程序說明

在采用Profibus-DP通訊方式時(shí),在主CPU 中對從站進(jìn)行了硬件模塊組態(tài),并填寫了映射的地址,那么在主CPU 中只要將所需發(fā)出的指令程序編寫完成即可,無需做其他程序處理。在從CPU 中需要添加對應(yīng)的“DP_Receive”系統(tǒng)功能塊來接收主程序傳輸過來的信息。圖2為從站CPU 所調(diào)用的系統(tǒng)功能塊,其中CPLADDR 代表的是本身從站模塊與主站CPU 通訊的地址；RECV 代表的是從站接收主站的數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū),圖2中顯示與主站通訊字節(jié)長度為4,從I10.0為初始位置進(jìn)行計(jì)算；NDR 為接收完成一次產(chǎn)生一個(gè)脈沖,可將這個(gè)信息回傳給主CPU 告知從站是否在實(shí)時(shí)接收；ERROR 表示錯(cuò)誤位,產(chǎn)生錯(cuò)誤時(shí)會(huì)產(chǎn)生置1信號(hào),用來告知是否有錯(cuò)誤信號(hào)的產(chǎn)生；STATUS是指示在使用這個(gè)通訊塊時(shí),所處的狀態(tài)提示的狀態(tài)字,DPSTATUS是用來反饋與主CPU 進(jìn)行通訊所出現(xiàn)的狀態(tài)字,通過這個(gè)狀態(tài)字的反饋可以查狀態(tài)代碼得知通訊是處于正常傳輸狀態(tài)還是處于故障狀態(tài),如果處于故障狀態(tài)通過代碼來得知解決的方法。

2.2 MPI通訊方式程序說明

通過MPI方式進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)傳輸時(shí),主CPU 以及從CPU 都沒有相應(yīng)的硬件模塊需要組態(tài),所采取的數(shù)據(jù)傳輸方式都是使用虛擬調(diào)用的方式。所調(diào)用的系統(tǒng)功能塊主要是在主CPU 的程序塊中完成,在主CPU 程序中關(guān)于每一個(gè)從CPU 都需要進(jìn)行一次系統(tǒng)功能塊的調(diào)用,每一個(gè)系統(tǒng)功能塊的調(diào)用對應(yīng)一個(gè)分CPU,并與對應(yīng)的分CPU 進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。那么在主程序中需要完成指令程序的編寫,也需要完成調(diào)用程序的編寫。調(diào)用的“X_PUT”系統(tǒng)功能塊如圖3所示,圖3截取的是與其中兩個(gè)分CPU 進(jìn)行通訊的程序塊。在圖3所示的程序中,REQ 為數(shù)據(jù)發(fā)送請求位,只有在該變量為1時(shí)數(shù)據(jù)才能夠正常的傳輸；CONT 表達(dá)發(fā)送的數(shù)據(jù)是否為一個(gè)整體,正常情況下將其置1,作為連續(xù)整體傳輸即可；DEST_ID 為從站CPU 在本身組態(tài)時(shí)對應(yīng)的MPI地址,在從站組態(tài)時(shí)設(shè)置的MPI地址一定要與這里所寫的地址一致,否則無法連接；VAR_ADDR 為從站CPU 接收的起始地址和接收的字節(jié)長度；在從站中需要讀取主站的指令內(nèi)容就在這個(gè)地址范圍內(nèi)查找；SD 表述的是主站發(fā)給對應(yīng)從站CPU 內(nèi)容的起始地址以及通訊字節(jié)長度,發(fā)送的長度要與接收的長度一致,發(fā)送的內(nèi)容才能夠準(zhǔn)確的在對應(yīng)的從站地址中顯示；RET_VAL 顯示的是發(fā)送的狀態(tài)字,是提示當(dāng)前發(fā)送處于何種狀態(tài),如果發(fā)送失敗的話,也會(huì)將發(fā)送失敗的代碼顯示在這個(gè)內(nèi)容中,通過查詢代碼來解決相應(yīng)的問題；BUSY 表示發(fā)送的進(jìn)程,當(dāng)為1時(shí)表達(dá)正在發(fā)送內(nèi)容,為0時(shí)是空閑狀態(tài)。在程序運(yùn)行狀態(tài)下,監(jiān)控程序,當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能夠觀察到這個(gè)數(shù)據(jù)位在1和0中間不停的切換。

3 兩種通訊方式的比較

3.1 Profibus-DP通訊方式

通過Profibus-DP的通訊,傳輸?shù)乃俣瓤?實(shí)時(shí)響應(yīng)性好,能夠組態(tài)的從站數(shù)量多,并且組態(tài)較多的從站時(shí),不會(huì)出現(xiàn)通訊中斷滯后的現(xiàn)象。因?yàn)橥ㄟ^實(shí)際的硬件模塊進(jìn)行通訊,通訊狀態(tài)較為穩(wěn)定,只要不是硬件模塊出現(xiàn)問題,或者是指令程序編寫錯(cuò)誤,主站CPU 所有的信息內(nèi)容都能夠準(zhǔn)確的到達(dá)從站CPU,不存在延遲滯后或者丟失通訊數(shù)據(jù)包的事件。所存在的難點(diǎn)是在通訊中組態(tài)硬件模塊較為麻煩,要將從站CPU正確的生成GSD 文件才能夠?qū)⑵浣M態(tài)進(jìn)入主站CPU 的DP通訊網(wǎng)絡(luò)上面,然后才能實(shí)現(xiàn)與從站CPU 進(jìn)行通訊。在程序處理這一塊相對于MPI較為簡單,只要在從站CPU 中按照硬件組態(tài)的地址填寫就可以讀取到主站傳輸過來的信息。同時(shí)采用這種通信方式需要額外的增加CP342-5通訊擴(kuò)展卡件,這樣也增加項(xiàng)目執(zhí)行的成本,增加通訊組態(tài)難度,增加工作的內(nèi)容,不過能夠很穩(wěn)定的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,保證傳輸內(nèi)容的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速。

3.2 MPI通訊方式簡述

MPI通訊方式,在主站CPU 連接數(shù)量較少的從站CPU 時(shí)也能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性,但當(dāng)通訊的從站CPU 數(shù)量過多時(shí)就會(huì)出現(xiàn)傳輸延時(shí)滯后的現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)通訊中斷的情況,這樣勢必會(huì)影響正常的生產(chǎn),給生產(chǎn)帶來巨大的隱患。這種通訊方式相對于編程者來說操作簡單,不需要進(jìn)行什么額外的通訊模塊組態(tài),只需要調(diào)用對應(yīng)系統(tǒng)功能塊來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸即可。使用MPI這種通訊方式進(jìn)行通訊時(shí),程序的編輯會(huì)稍難于DP的通訊方式。在生產(chǎn)中對于從站CPU 數(shù)量沒有那么多的時(shí)候,可以采用這種通訊方式,這樣可以減少通訊組態(tài)的麻煩,也能夠節(jié)約一定量的成本,同時(shí)也不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。

4 結(jié) 語

在實(shí)際使用中,當(dāng)所需要的拉邊機(jī)對數(shù)較少時(shí),那么所需通訊從站數(shù)量也相對較少,這時(shí)可以使用MPI通訊方式,在通訊從站數(shù)量少的情況下,MPI通訊方式能夠滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性的需求。通訊的從站數(shù)量不多,不會(huì)存在數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象,也能夠減少編程者的工作內(nèi)容,減少項(xiàng)目成本,減少通訊的硬件故障節(jié)點(diǎn)。如果在實(shí)際生產(chǎn)中所需要生產(chǎn)超薄或者超厚玻璃時(shí),那么所需要的拉邊機(jī)數(shù)量較多,所需要通訊的從站數(shù)量較多。這時(shí)為了生產(chǎn)穩(wěn)定性考慮,優(yōu)先選擇Profibus-DP 通訊方式。在通訊數(shù)量較多的情況下,通過這種DP的通訊方式能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和快速性,也能夠保證通訊數(shù)據(jù)不丟包。使用這種通訊方式雖然給編程者增加一定的難度,但是能夠保證生產(chǎn)的穩(wěn)定。

通過對兩種通訊方式的比較,可以得出在通訊從站數(shù)量少,傳輸內(nèi)容少的時(shí)候選擇MPI通訊；當(dāng)通訊數(shù)量多,傳輸數(shù)據(jù)內(nèi)容多時(shí)選擇Profibus-DP通訊方式。