一種與內(nèi)部缺陷儀設(shè)備通訊的接口模塊

馬曉寧，祖艷萍，溫 杰，閆洪偉，常生財(cái)

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司冷軋作業(yè)部，河北 唐山 063200）

隨著鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，某鋼鐵生產(chǎn)線引進(jìn)內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀對(duì)帶鋼內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，由于該大型儀表是目前國(guó)際領(lǐng)先的帶鋼內(nèi)部缺陷在線檢測(cè)裝置，在原有的西門子過程控制系統(tǒng)中沒有相應(yīng)的通訊接口，因此添加新的通訊接口進(jìn)程勢(shì)在必行。本通訊接口COMIDD基于西門子的底層通訊libcom通過以太網(wǎng)采用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部缺陷儀的通訊連接。 TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的通信方式簡(jiǎn)便實(shí)用，對(duì)于鋼鐵、工礦等企業(yè)中涉及數(shù)據(jù)通訊大部分采用該協(xié)議，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求[1-6]。

1 通訊電文的設(shè)計(jì)

按照實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸需要設(shè)計(jì)通訊所需的電文結(jié)構(gòu)，包括設(shè)計(jì)電文頭、與內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀交互的心跳電文、原料卷主數(shù)據(jù)電文、產(chǎn)出成品卷數(shù)據(jù)電文，并接收內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀返回的心跳電文及成品卷檢查結(jié)果電文，同時(shí)設(shè)計(jì)接收內(nèi)部MT進(jìn)程發(fā)送的原料卷及成品卷電文。在新增加的電文結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了新的基類及電文結(jié)構(gòu)，這樣既不與原有電文混淆，又使整個(gè)電文整齊明了，同時(shí)方便后期的優(yōu)化及修改。

1.1 電文頭

所有與內(nèi)陷儀設(shè)備交互的電文都使用相同結(jié)構(gòu)的電文頭，電文頭長(zhǎng)度為16字節(jié)，結(jié)構(gòu)表如表1所示。

表1 電文頭結(jié)構(gòu)表

1.2 心跳電文

心跳電文用于監(jiān)控過程自動(dòng)化系統(tǒng)與內(nèi)陷儀設(shè)備間的通訊狀態(tài)，每隔60S向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送一次心跳電文，同樣每隔60S內(nèi)陷儀設(shè)備向二級(jí)過程自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送一次心跳電文。如果超過60S未接收到內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送的心跳電文，則進(jìn)程日志報(bào)錯(cuò)，提示通訊異常。

1.3 原料卷數(shù)據(jù)電文

當(dāng)接收到MT進(jìn)程發(fā)送的原料卷號(hào)電文后，COMIDD進(jìn)程對(duì)電文進(jìn)行解析，并準(zhǔn)備向外的部?jī)?nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送原料卷數(shù)據(jù)電文。首先根據(jù)MT進(jìn)程發(fā)送的鋼卷號(hào)獲取內(nèi)陷儀設(shè)備需要的原料卷數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行相應(yīng)的電文填充，最后發(fā)送電文。電文內(nèi)容包括電文頭、原料卷號(hào)、檢查模式、牌號(hào)代碼、帶鋼厚度、帶鋼寬度、鍍層厚度、表面處理、用戶代碼、使用代碼等信息。內(nèi)部缺陷儀在接收到原料卷電文后，向二級(jí)系統(tǒng)發(fā)送應(yīng)答電文，二級(jí)接收到該應(yīng)答電文后，更新應(yīng)答狀態(tài)不做其它處理。

1.4 成品卷數(shù)據(jù)電文

當(dāng)接收到MT進(jìn)程發(fā)送的成品卷電文后，COMIDD進(jìn)程對(duì)電文進(jìn)行解析，并準(zhǔn)備向外的部?jī)?nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送成品卷數(shù)據(jù)電文。首先根據(jù)MT進(jìn)程發(fā)送的成品卷號(hào)獲取內(nèi)陷儀設(shè)備需要的原料卷數(shù)據(jù)，再通過原料卷號(hào)獲取所有成品卷號(hào)，卷號(hào)獲取后進(jìn)行相應(yīng)成品卷數(shù)據(jù)電文填充，最后發(fā)送電文。

在向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送成品卷數(shù)據(jù)電文時(shí)，需要將同一母卷生產(chǎn)的所有子卷一起發(fā)送，同時(shí)為準(zhǔn)確定位檢查結(jié)果位置，需要將廢料剪切長(zhǎng)度一并發(fā)送給內(nèi)陷儀設(shè)備。電文內(nèi)容包括電文頭、原料卷號(hào)、第一子成品卷廢料長(zhǎng)度、第一子成品卷卷號(hào)、第一子成品卷長(zhǎng)度，以此類推第二子成品卷、第三子成品卷，設(shè)定最多可向內(nèi)陷儀發(fā)送6卷成品卷數(shù)據(jù), 實(shí)際剪切長(zhǎng)度和廢料長(zhǎng)度示意圖如圖1所示。

圖1 剪切長(zhǎng)度和廢料長(zhǎng)度信息實(shí)際值

同樣內(nèi)部缺陷儀在接收到成品卷電文后，向二級(jí)系統(tǒng)發(fā)送應(yīng)答電文，二級(jí)接收到該應(yīng)答電文后，更新應(yīng)答狀態(tài)不做其它處理。

1.5 成品卷檢查結(jié)果電文

創(chuàng)建COMIDD進(jìn)程接收內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送的檢查結(jié)果電文，并對(duì)電文進(jìn)行解析，按成品卷將對(duì)應(yīng)檢查數(shù)據(jù)存入二級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。電文內(nèi)容包括電文頭、原料卷號(hào)、成品卷號(hào)、檢查模式、檢查狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、不同區(qū)域不同等級(jí)缺陷數(shù)量以及缺陷率等。

1.6 MT觸發(fā)電文

MT原料卷電文負(fù)責(zé)通知CMOIDD進(jìn)程發(fā)送原料卷數(shù)據(jù)信息，電文內(nèi)容包括電文頭、原料卷SID號(hào)、原料卷卷號(hào)。

MT成品卷觸發(fā)電文負(fù)責(zé)通知CMOIDD進(jìn)程發(fā)送原料卷數(shù)據(jù)信息，電文內(nèi)容包括電文頭、成品卷SID號(hào)、成品卷卷號(hào)。

2 COMIDD通訊進(jìn)程設(shè)計(jì)

由于原過程控制系統(tǒng)中采用的編程語(yǔ)言為C++語(yǔ)言，因此本文COMIDD通訊進(jìn)程的源代碼采用C++語(yǔ)言編寫實(shí)現(xiàn)。

2.1 建立通訊連接

創(chuàng)建COMIDD實(shí)例通過底層通訊libcom監(jiān)控各個(gè)事件。在程序進(jìn)行初始化時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，包括發(fā)送內(nèi)陷儀心跳電文定時(shí)器和接收內(nèi)陷儀心跳電文定時(shí)器，并首次向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送心跳電文建立通訊連接。

2.2 設(shè)定電文緩存

設(shè)置電文緩存區(qū)，包括與二級(jí)內(nèi)部進(jìn)程通訊電文緩存及與內(nèi)部缺陷儀通訊電文緩存。

2.3 等待Libcom事件

底層通訊接收定時(shí)事件和電文事件。在接收到定時(shí)事件時(shí)，通過通道號(hào)判定是定時(shí)器觸發(fā)（通道號(hào)TIMER_COMIDD_ALIVE）或是定時(shí)接收內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送的心跳電文（通道號(hào)為TIMER_COMSIS_CHECK_RECV）。如果為定時(shí)器觸發(fā)則向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送心跳電文，如果為內(nèi)陷儀發(fā)送心跳電文則更新與表?yè)靸x通訊狀態(tài)。如果沒有檢測(cè)到定時(shí)事件，系統(tǒng)將自動(dòng)重新啟動(dòng)定時(shí)器。

接收電文事件，通過端口號(hào)判定電文來自過程自動(dòng)化內(nèi)部MT進(jìn)程（內(nèi)部端口CHAN_COMIDD）或是來自內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀（接收端口CHAN_SIS_RECV）。在接收到不同的通訊電文后進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.4 在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立需要的存儲(chǔ)表及視圖

為方便COMIDD進(jìn)程在數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取數(shù)據(jù)，在過程自動(dòng)化數(shù)據(jù)庫(kù)中建立視圖，用于獲取發(fā)送內(nèi)陷儀設(shè)備所需的成品卷數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立存儲(chǔ)表，用于存儲(chǔ)內(nèi)部缺陷檢查儀返回的檢查數(shù)據(jù)。

3 與MT進(jìn)程通訊

過程控制系統(tǒng)中MT進(jìn)程負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，MT進(jìn)程接收一級(jí)上傳的大部分處理事件，其中包括向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送原料卷、成品卷報(bào)文的觸發(fā)事件，因此需要建立COMIDD進(jìn)程與MT進(jìn)程之間的通訊，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的事件觸發(fā)。

3.1 原料卷數(shù)據(jù)電文觸發(fā)

當(dāng)MT進(jìn)程接收到一級(jí)發(fā)送的帶鋼入口焊接電文后，會(huì)觸發(fā)COMIDD進(jìn)程向內(nèi)陷儀儀發(fā)送原料卷數(shù)據(jù)電文，內(nèi)陷儀收到原料卷數(shù)據(jù)電文后，向COMIDD進(jìn)程返回應(yīng)答電文；當(dāng)原料卷的最后一卷產(chǎn)出后，MT進(jìn)程觸發(fā)COMIDD進(jìn)程給內(nèi)陷儀發(fā)送對(duì)應(yīng)于該原料卷的所有成品卷數(shù)據(jù)，在接收到成品卷數(shù)據(jù)后，內(nèi)陷儀給COMIDD發(fā)送成品卷檢查結(jié)果數(shù)據(jù)，COMIDD進(jìn)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理機(jī)存儲(chǔ)。

3.2 成品卷數(shù)據(jù)電文觸發(fā)

在成品卷產(chǎn)出后需要通知內(nèi)陷儀設(shè)備成品卷的相關(guān)數(shù)據(jù)。過程自動(dòng)化系統(tǒng)在接收現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)成品卷電文是通過MT處理進(jìn)程進(jìn)行接收及處理，因此在成品卷產(chǎn)出后通過MT進(jìn)程觸發(fā)COMIDD進(jìn)程向內(nèi)陷儀設(shè)備發(fā)送成品卷數(shù)據(jù)電文。通訊電文為MT_T_PCOIL，發(fā)送到過程控制系統(tǒng)中CHAN_COMIDD端口。根據(jù)內(nèi)陷儀設(shè)備需求，在原料卷的最后一卷產(chǎn)出后，將屬于該原料卷的所有成品卷數(shù)據(jù)發(fā)送給表?yè)靸x。因此需要增加判定條件，在成品卷產(chǎn)出后判定是否為最后一卷，若該成品卷是最后一卷，則觸發(fā)成品卷數(shù)據(jù)電文，向COMIDD進(jìn)程發(fā)送成品卷觸發(fā)電文。

4 結(jié)論

本通訊接口采用TCP/IP協(xié)議，基于西門子過程控制平臺(tái)底層通訊，添加通訊所需電文結(jié)構(gòu)，建立COMIDD進(jìn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀所需數(shù)據(jù)的處理及存儲(chǔ)，建立COMIDD進(jìn)程與系統(tǒng)內(nèi)部原有MT進(jìn)程通訊，以獲取相關(guān)鋼卷信息， MT進(jìn)程中添加觸發(fā)電文程序，實(shí)現(xiàn)COMIDD進(jìn)程給內(nèi)部缺陷檢測(cè)儀發(fā)送原料卷數(shù)據(jù)電文及成品卷數(shù)據(jù)電文。該通訊方法高效穩(wěn)定，COMIDD接口進(jìn)程可實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊狀態(tài)，在通訊重新建立后，無(wú)需任何操作自動(dòng)進(jìn)行連接，且連接速度快；可復(fù)用性強(qiáng)，任何外部?jī)x表設(shè)備與西門子過程控制器的通訊連接都可以采用該接口進(jìn)行通信。