摘要：針對某輪胎廠硫化車問控制系統設計實例，介紹了利用開發的監控系統，該系統由PLC完成生產的步序控制，并由以太網模塊完成PLC與上位工控機之問的數據通訊 關鍵詞:硫化機；算機控制；工業以太網：MC協議 1 引言 隨著4C技術的發展（Computer，Contro1，CRT），由監控軟件和PLC（可編程控制器）組成的控制模式已成為計算機控制系統的流行趨勢。此類控制模式中，系統一般分為上、下兩個層次，工業控制計算機為上位機，主要完成數據信息的存儲、分析處理、復雜運算、狀態顯示以及打印輸出等功能；PLC為下位機，主要完成數據采集、狀態判別、輸入輸出控制等功能。這種模式充分利用了微機和PLC各自的特點，實現優勢互補。本文源于某輪胎廠硫化機車問擴建改造工程實例，考慮到工業以太網良好的可靠性和實時性，采用其作為監控網絡，以實現輪胎硫化過程的關鍵參數實時檢測、記錄、存儲和報警等功能。 　　輪胎硫化過程是一個復雜的化學反應過程，也是輪胎制造工藝流程中的最后一個關鍵階段。為了使得最終產品滿足規定的質量標準，這一過程中所發生的各種化學、物理反應都必須嚴格按照預定的方式進行。因此，必須使用PLC對硫化機設備的溫度、壓力、時問等關鍵參數進行嚴格控制，使其按照預定的軌線波動。除此之外，現場工作人員，必須清楚地知道每個輪胎的硫化情況，因此必須實時地對這些關鍵參數進行各種方式（數字或曲線等）的顯示、記錄和報警等，本文所述監控系統很好地完成了上述工作。 2 系統構成 該車間主要生產乘用車輪胎和輕型、中型卡車輪胎，其裝置的硫化室內徑一般在65°以下，因此采用國內廣泛運用的液壓式膠囊雙模定型硫化機，一個硫化裝置能同時對兩個輪胎進行硫化。對硫化機的控制情況直接影響最終產品的質量，本文所述監控系統通過控制站的PLC直接完成對硫化機的控制，因此控制站的結構直接影響著整個系統的性能。 　　硫化過程步序控制采用的三菱Q（Q02）系列PLC，并使用與其相配套電源模塊、基本機架、模擬量輸入（AI）模塊、模擬量輸出（A0）模塊、數字量輸入（DI）模塊、數字量輸出（DO）模塊和一些溫度壓力傳感器等對關鍵參數進行檢測、控制和報警。采用三菱的觸摸屏或平板電腦完成對單臺硫化機關鍵參數顯示、控制參數設置等功能，平板電腦采用與PLC進行通訊，觸摸屏直接讀取PLC內部的數據單元的值，因此PLC機架上安裝了三菱串口通訊模塊（C24）與平板電腦進行通訊，通訊中遵循三菱公司制定的串口通訊協議。平板電腦運行一個用VB編寫的程序通過串口采集關鍵參數數據，并用以太網把數據傳輸給上位機，觸摸屏所在的硫化機通過三菱以太網模塊E71與上位工控機通訊。 　　監控網絡是數據傳輸的載體，考慮到系統數據采集和信息傳遞的可靠性、實時性，監控計算機和PLC之間采用高速可靠的標準工業以太網通訊方式，通訊速率達10Mbps，這種方式可在無需增加任何硬件的前提下方便地與其它信息管理系統聯網，形成管理控制一體化的網絡系統，以提高全公司的管理水平。 　　監控站主要完成實時數據的記錄和顯示、監控硫化過程的參數變化、各種數據的統計和報表、歷史數據查詢等功能。它主要由兩臺高性能工業控制計算機來完成的，其硬盤容量為，根據其要求的數據采集速率，可以存儲不少于10年的數據。其基本硬件構成為： 　　研華高性能_T控機2臺：CPUPIII1.OG，內存128M，硬盤30G，顯示器17、J‘彩顯，網卡和集線器等。 　　軟件基本構成為： 　　系統軟件：Windows2000professional。 　　應用軟件：MicrosoftOffice，用VC白行編寫的監控軟件。 　　圖1為系統的結構圖，系統分為三個層次：第一層為兩臺工控機組成的上位機監控站；第二層為由集線器、雙絞線和收發器等組成的工業以太網；第三層為控制站，根據具體的實現細節，分為平板電腦硫化機群和觸摸屏硫化機群兩種，圖中只給出了通訊涉及到的硬件連接。 [align=left] 監控站和控制站的數據傳輸是基于以太網的，考慮到傳輸過程對實時l生和可靠性的要求，選擇TCP～P作為通訊協議，并采用C／S模式（客戶機／服務器模式）使控制站和監控站實現面向連接的通訊。同時，由于下位控制站為三菱PLC，它通過以太網模塊E71與工控機進行通訊，因此，通訊過程所傳輸的數據包還必須遵循三菱的MC協議。 　　通訊過程中，上位I：控機為通訊模式中的服務器，它監聽每個客廠1端的連接請求，并每隔一個時間段（通常為一個采樣周期）檢測每個連接的有效性，若有效，則按照MC協議的格式發送一個數據包給下位機以讀取相應參數的值；當接受到一個數據包以后，先檢查數據包的有效性，若有效，則解包并分析出相應參數的值，否則丟棄該包。客廣端實際為E71模塊，它內置有一個固化的通訊程序（初始時，需要對該固化程序用到的參數進行設置，如IP地址、端口號、使用的協議和通訊方式等），該固化程序負責分析每一個外部設備發送來的數據包的正確性，若正確，則根據數據包中包含的命令信息執行相關的操作（如讀寫PLC中的某個數據單元的值等），并把執行后得到的數據信息按照MC協議格式封包發送給上位機，若不正確，則丟棄該包并開啟E71模塊的錯誤指示燈，若在一個設定的時間段以內沒有收到數據包，就強行斷開該連接。由于固化程序中沒有包含建立連接的功能，而E71模塊作為通訊模式中的客，LI端，它必須在連接沒有打開的時候，主動嘗試打開與上位機的連接（發送建立連接請求），因此這項工作必須在中編寫相應的指令來完成。 　　網絡參數的設置此操作是通過GXDeveloper來完成的。運行該軟件，新建程序后，在Parameter項中的NetworkParameter中設置。主要設置項包括：網絡類型（Networktype），這里選擇以太網；開始10號（StartingI／ONo.），網絡號（NetworkNo.），組號（GroupNo.），站號（StationNo.），通過這些參數的設置來標識一臺PLC所在的網絡位置；操作設置指定以太網模塊的IP地址、通訊中的數據類型（二進制碼或ASCII碼）和連接打開的方式（PLC主動打開連接或外部設備主動打開連接）；初始設置指定以太網模塊在沒有收到數據包后多長時問確定外部設備的存在性、確定的次數、每次的問隔時間和DNS的設置等；開放設置（Openset）設定通訊使用的協議（TCP或UDP）、打開連接的方式（主動或被動）、是否需要確定外部設備的存在性、外部設備的IP地址、外部設備相關程序的端口號等。 　　客廣端連接建立步驟通過網絡參數的設置，PLC作為客戶端需要主動建立與上位機的通訊連接，同時PLC必須保證它本身與上位機之間的連接的健壯性。存任何一個時刻，如果連接出現異常則要重新建立連接。因此在PLC的順控程序中，需要檢測連接的打開狀態位，若為OFF，則要用定時器循環建立連接，直到狀態為由變為ON。而在這種方式中打開狀態位由ON變OFF有兩種方式： 　　·當接受到外部設備的關閉命令或PLC主動要求關閉時，執行關閉指令。 　　·當以太網模塊在設定的時間內沒有收到數據包，并在確認外部設備的存在性后認為外部設備不存在（外部設備非正常關機、監控軟件非正常退出和網線脫落等情況），由模塊內部的固化程序強行關閉連接。PLC端順控程序梯形圖邏輯步驟如圖2所示。當成功打開連接后連接打開狀態位將自動被設置為ON，成功關閉連接后連接打開狀態位將簍自動被設置為OFF。 [/align] [align=left]　　服務器端連接建立步驟服務器端監控軟件是用VC編寫的，采用CSOCKET的派生類來完成通訊，CSOCKET類是對WINSOCKET的高層封裝，客戶端和服務器實行同步通訊，并且屏蔽了TCP／IP協議的實現細節，只需處理相關的WINDOWS事件和調用服務函數就可以完成數據的收發。通訊部分定義了一個服務器套接字對象和幾個客戶端套接字對象（個數由下位機的臺數決定），并由一個客戶端套接字鏈來管理所有客戶端套接字。服務器套接字主要負責監聽連接請求、客戶端套接字更新等，每次監聽到新的連接請求后，根據發出請求的下位機IP地址生成新的客戶端套接字，并把它插入程序的客戶端套接字鏈中。客戶端套接字保存已建立的連接信息，當發出連接請求并成功建立后，生成一個客廣端套接字對象，它是上位機與下位機收發數據的依據。服務器端連接建立步驟的流程如圖如圖3所示。 [/align] 　　協議協議的全稱為，它包括串口和以太網兩個部分，本文討論的是其在以太網中的應用，因此串口部分不做介紹。它規定了外部設備與以太網模塊進行數據傳輸時，發送數據和接受數據包中的數據格式（幀中每個數據位的具體含義），同一種幀包含了ASCII碼和二進制碼兩個版本，本文僅討論它的ASCII碼形式。系統使用QnAcompatible3E幀，它是適合與E71模塊進行通訊的幀。其包含的域如圖4所示。 [align=left]　　其中，報頭為TCPhP報頭，由于在VC中使用的派生類通訊，所以該項已透明；消息類型標識數據包是外部設備發出的數據包（命令包，為“5000”時）還是以太網模塊發出的數據包（響應包，為“D000”時）；Q協議頭指定了數據包發至，發自的下位機在網絡中的位置以及此項以后還有多少個字節為幀的結尾；命令代碼為命令的類型，它由一個主命令和一個子命令來唯一標識，響應包中不包括此項：數據域為命令數據或響應數據。 　　4 監控軟件設計 上位機監控軟件主要完成對硫化過程的實時數據顯示、存儲、分析與報表和報警等功能，它采用VC編寫。軟件的功能結構圖如圖5所示。 [/align] [align=left]　　網絡通訊模塊主要是按照上節所述的步驟進行網絡數據收發；實時數據顯示和報警，每當收到一組正確的數據后，根據其值進行實時數據顯示和實時曲線繪制，實時曲線采用圓盤坐標的形式繪制一天之內的所有硫化機關鍵參數的實時曲線，并對超出規定范圍的實時數據進行報警以及網絡通訊狀態報警等數據分析和歷史數據查詢部分主要是對歷史數據的操作，通過查詢歷史數據庫，對每臺硫化機已發生過的硫化過程進行數據和曲線等多方面的分析，找到硫化過程中潛在的錯誤；數據庫管理主要功能包括數據的存取和維護等，從網絡中接收到的數據需要立即存入數據庫中，以便以后分析，同樣在數據分析時需要查詢歷史數據庫，該部分采用來完成，為了方便數據的管理，程序每天自動產生一個文件，每個文件為每一臺硫化機維護一個表進行參數記錄報表功能主要包括歷史數據進行統計報表、已產生的歷史曲線數據和實時曲線、數據的打印輸出等。 5 總結 輪胎工業屬于混合工業，所涉及到的底層信息實時性強、數據量大、種類繁多，其車間自動化系統的設計與實施具有一定的復雜性。系統通過現場調試、試運行，情況良好。實踐證明，采用本文所述系統很好地實現了生產過程的自動監控，減輕了工作人員的勞動強度，提高了工作效率，能與其它車間的計算機制造系統一起構成企業的計算機集成制造系統。[/align]