馮元崴 （1975-）

男，1996年畢業(yè)，高級(jí)工程師，碩士 學(xué)位。現(xiàn)就職于寶鋼分公司硅鋼部，從事電氣自動(dòng)化工作。

摘要：本文就寶鋼分公司硅鋼部無(wú)取向重卷機(jī)組新增數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、相關(guān)軟件編程進(jìn)行說(shuō)明，并成功實(shí)現(xiàn)了基于Profibus總線的MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和跟蹤。

關(guān)鍵詞：總線 ；組態(tài)；Profibus；MELSEC

Abstract: This article introduces the hardware and network configuration as well as the
 related programming of MELSEC data acquiring and monitor system in BaoSteel No-Oriental Steel Recoiling & Trimming Line. Based on profibus, Data Acquiring and Monitor 
function of MELSEC system is successfully realized.

Key words: Bus; Configuration; Profibus; MELSEC

1 引言

    寶鋼分公司硅鋼部無(wú)取向硅鋼重卷機(jī)組2008年上半年投產(chǎn)，主要用于無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品分卷及剪邊。該機(jī)組采用三菱MELSEC Q系列（MELSEC-Q25H）PLC作為機(jī)組主線PLC，用于機(jī)組控制。在試生產(chǎn)初期，由于該機(jī)組無(wú)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，部分困擾機(jī)組正常運(yùn)行的問(wèn)題由于缺乏分析手段而得不到解決。為解決該問(wèn)題，于2008年下半年在該機(jī)組增加了數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，解決原有機(jī)組對(duì)于故障分析無(wú)有效手段的問(wèn)題，使大量困擾機(jī)組的問(wèn)題得以解決。本文就MELSEC系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)原理、實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹和說(shuō)明。

2 系統(tǒng)概述

2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)選擇

    在重卷機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)選型時(shí)，原有系統(tǒng)HMI中自帶的趨勢(shì)（TREND）功能由于采集數(shù)據(jù)量小及采樣時(shí)間無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)要求。在目前主流數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中，較為成熟的是德國(guó)iBA公司的PDA。該公司成立于1985年，其PDA產(chǎn)品具有良好的開(kāi)放性，廣泛應(yīng)用于與西門(mén)子、ABB公司等基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)備配套，用于對(duì)產(chǎn)線故障進(jìn)行跟蹤以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析。

    鑒于iBA公司PDA產(chǎn)品良好的使用業(yè)績(jī)，雖然國(guó)、內(nèi)外業(yè)界鮮有使用于MELSEC系統(tǒng)的實(shí)例，但考慮PDA支持Profibus總線，最終選擇iBA公司PDA作為新增數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線

    Profibus是一種國(guó)際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線。廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化、樓宇等鄰域自動(dòng)化。

    MELSEC系列PLC采用Profibus方式通訊基本原理如圖1所表示：

                       圖1   采用Profibus總線MELSEC通訊原理圖

    Profibus-DP使用了物理層（PHY）、數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）和用戶(hù)層。物理層規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類(lèi)型和電氣特性。數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）規(guī)定介質(zhì)訪問(wèn)控制、幀格式、服務(wù)內(nèi)容以及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的總線管理服務(wù)（FMAl／2）。FMAl／2的功能主要有強(qiáng)制復(fù)位FDL和PHY、設(shè)定參數(shù)值、讀狀態(tài)、讀事件及進(jìn)行配置等。用戶(hù)層包括直接數(shù)據(jù)鏈路映像DDLM和用戶(hù)接口／用戶(hù)。用戶(hù)接口詳細(xì)說(shuō)明了各種不同Profibus-DP設(shè)備的設(shè)備行為，DDLM將所有在用戶(hù)接口中傳送的功能都映射到現(xiàn)場(chǎng)總線/Profibus-DP主站/數(shù)據(jù)鏈路層FDL和FMAl／2服務(wù)。最終，利用緩沖存儲(chǔ)器并使用專(zhuān)用指令與MELSEC-Q系列PLC實(shí)現(xiàn)通訊。

2.3 系統(tǒng)硬件及軟件構(gòu)成

    系統(tǒng)硬件組態(tài)簡(jiǎn)圖如圖2表示：

                          圖2   MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控組態(tài)簡(jiǎn)圖

    其硬件組成如下：

    （1）PLC側(cè)采用QJ71PB92D作為Profibus-DP主站單元；

    （2）PDA服務(wù)器（采用PCI插槽，配置L2B n/8 PCI卡，使用Profibus接口與主站進(jìn)行通訊)；當(dāng)采用一條Profibus總線作為通訊回線時(shí)，一個(gè)L2B n/8 PCI卡相當(dāng)于4個(gè)DP從站；

    （3）使用Profibus專(zhuān)用電纜連接MELSEC PLC側(cè)QJ71PB92D（主站）與PDA服務(wù)器側(cè)的L2B n/8 PCI卡；

    （4）PDA硬件授權(quán)（使用USB接口，連接于PDA服務(wù)器USB接口上）

    在MELSEC系統(tǒng)下配置數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)其功能需要如下軟件：

    （1）GX-Developer：用于對(duì)Profibus主站QJ71PB92D在MELSEC系統(tǒng)中進(jìn)行組態(tài)；

    （2）GX-Configurator DP：用于對(duì)MELSEC系統(tǒng)下Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)、配置和參數(shù)設(shè)定；

    （3）Iba Analyzer：用于對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和分析。

3 硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

3.1 Profibus主站（QJ71PB92D）硬件組態(tài)

    由于Profibus主站模塊安裝在MELSEC硬件系統(tǒng)中，因此需要使用MELSEC專(zhuān)用軟件GX-Developer對(duì)主站的硬件信息進(jìn)行組態(tài)。在本項(xiàng)目中，QJ71PB92D卡件插在第22個(gè)槽位，其類(lèi)型選擇為智能類(lèi)型；QJ71PB92D與PLC雙向通訊采用其點(diǎn)數(shù)為32點(diǎn)(具體地址定義見(jiàn)表1),硬件起始地址為320（即地址偏移量為320）。出錯(cuò)設(shè)置為出錯(cuò)時(shí)輸出模塊清空，硬件出錯(cuò)時(shí)CPU操作模式為停止。其詳細(xì)配置為圖3。

                           表1   QJ71PB92D輸入/輸出信號(hào)表

                             圖3   MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控組態(tài)簡(jiǎn)圖

3.2 Profibus從站（L2B n/8 PCI）硬件組態(tài)

    為實(shí)現(xiàn)對(duì)MELSEC系統(tǒng)必要數(shù)據(jù)采集，在PDA服務(wù)器中需安裝L2B n/8 PCI卡作為Profibus從站；每條Profibus回線可以仿效為四個(gè)Profibus DP 從站。在本項(xiàng)目中，使用一條Profibus回線實(shí)現(xiàn)MELSEC系統(tǒng)QJ71PB92D與PDA服務(wù)器所安裝的L2B n/8 PCI通訊。

3.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

    在完成硬件組態(tài)后，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)，并對(duì)主站和從站信息進(jìn)行相應(yīng)配置。對(duì)于Profibus網(wǎng)絡(luò)，使用GX-Configurator DP進(jìn)行組態(tài)。MELSEC GX-Configurator DP是三菱開(kāi)發(fā)的針對(duì)Profibus網(wǎng)絡(luò)所開(kāi)發(fā)的對(duì)網(wǎng)絡(luò)及主/從站設(shè)定的專(zhuān)用軟件。對(duì)于Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)步驟如下：

    （1）選擇Profibus-DP模塊類(lèi)型為QJ71PB92D，選擇其模式為擴(kuò)展工作模式（MODE E）；

    （2）安裝GSD文件。對(duì)于不同的數(shù)據(jù)采集模塊，有不同類(lèi)型的GSD文件。在本項(xiàng)目中，每個(gè)從站采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型為32個(gè)模擬量和32個(gè)數(shù)字量，因此選擇與之對(duì)應(yīng)的GSD文件iba_0F01.gsd；

    （3）把QJ71PB92D作為Profibus主站，設(shè)置主站信息及總線參數(shù)。在該項(xiàng)設(shè)置中，除主站信息中的主站FDL地址需要進(jìn)行修改外（本項(xiàng)目設(shè)置為0），其余參數(shù)均可采用原有默認(rèn)參數(shù)；

    （4）使用菜單中新增DP子站（Insert DP Slave）功能，新增L2B 8/8 PCI的4個(gè)子站，子站名稱(chēng)分別定義為PDA01～PDA04，其FDL地址分別定義為1～4。

    通過(guò)以上步驟，完成Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，使用MELSEC GX-Configurator DP對(duì)配置進(jìn)行下裝，即完成了對(duì)DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。組態(tài)后的Profibus網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖4。

                                  圖4   Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

4 編程

    在完成硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后，需對(duì)通訊及采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。

4.1 通訊編程

    對(duì)于MELSEC與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通訊，需要通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)。在編程中，使用QJ71PB92D模塊的Y00狀態(tài)位觸發(fā)數(shù)據(jù)通訊開(kāi)始。其判斷邏輯如下：

                                 圖5   通訊觸發(fā)邏輯

    采用如上邏輯判斷MELSEC PLC與Profibus模塊QJ71PB92D是否可以開(kāi)始進(jìn)行通訊；當(dāng)Profibus網(wǎng)絡(luò)及通訊模塊QJ71PB92D硬件正常，且不在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，通訊開(kāi)始。

4.2 數(shù)據(jù)采集編程

    在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集前，需要對(duì)QJ71PB92D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式進(jìn)行了解。

    QJ71PB92D使用緩沖存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，緩沖存儲(chǔ)地址定義從0～3775，其中0～959主要用于從站輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，960～1919用于從站輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，使用960～1919作為采集信號(hào)地址定義區(qū)域。在本項(xiàng)目中，使用L2B n/8 PCI卡作為PDA服務(wù)器數(shù)據(jù)采集卡，對(duì)于一條Profibus回線系統(tǒng)而言，每個(gè)L2B n/8 PCI卡相當(dāng)于4個(gè)從站；根據(jù)每個(gè)從站可采集32個(gè)模擬量和32個(gè)數(shù)字量而言，本項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)地址分配如下：

                             表2   L2B n/8　PCI從站地址分配

                                圖6   QJ71PB92D數(shù)據(jù)讀寫(xiě)簡(jiǎn)圖

    對(duì)于本項(xiàng)目而言，作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從MELSEC CPU讀取需采集數(shù)據(jù)，通過(guò)緩沖存儲(chǔ)中的輸出映像區(qū)傳送至QJ71PB92D的輸出映像中；對(duì)于使用一個(gè)Profibus回線的L2B n/8 PCI模塊而言，其相當(dāng)于4個(gè)DP子站，通過(guò)指定輸出映像中地址與子站對(duì)應(yīng)關(guān)系，使在不同輸出映像地址中的數(shù)字量和模擬量分別在不同的DP子站中顯示，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集功能。

    在對(duì)數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，使用MELSEC智能模塊軟元件方式進(jìn)行編程。所謂智能軟元件就是將智能模塊的緩沖存儲(chǔ)器以CPU軟元件的形式表現(xiàn)出來(lái)，這樣可以直接讀取保存于智能模塊緩沖存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而且可以直接向智能模塊的緩沖存儲(chǔ)器中寫(xiě)入數(shù)據(jù)。

    以采集數(shù)字量數(shù)據(jù)為例，其編程方式如下：

    其具體含義為把內(nèi)部變量1　M230（布爾量）送至智能模塊QJ71PB92D的1#從站的數(shù)字量1#通道中，其軟元件地址為U32/G962.0。

    以采集模擬量數(shù)據(jù)為例，通過(guò)Profibus方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)，其高低字節(jié)是相反的，因此需要采用SWAP指令 對(duì)字節(jié)次序進(jìn)行調(diào)整。其編程方式如下：

    其具體含義為把數(shù)據(jù)寄存器1　W100（整型）送至中間寄存器1，通過(guò)SWAP指令對(duì)高低字節(jié)進(jìn)行對(duì)換后，把其結(jié)果送至智能模塊QJ71PB92D的1#從站的模擬量1#通道中，其軟元件地址為U32/G964。

    通過(guò)以上方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)采集。

5 結(jié)語(yǔ)

    根據(jù)以上內(nèi)容，在原有MELSEC系統(tǒng)上建立了以Profibus為總線的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)該數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄，為故障和分析提供了依據(jù)和基礎(chǔ)，解決了大量的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。


參考文獻(xiàn)

[1] 三菱電機(jī)，Profibus-DP接口模塊用戶(hù)手冊(cè)，2001.4.

[2] 三菱電機(jī)，GX-Configurator　DP操作手冊(cè)，2003.11.

[3] IBA  AG，Profibus　Interface PCI Board，2007.1.