串行網關AB7007在X光機輪胎檢測系統中的應用

李 賀，王愛震

（天津賽象科技股份有限公司，天津 300384）

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

X光機系統包括可編程邏輯控制器（PLC）電氣控制系統和X光發射成像系統，其中PLC電氣控制系統包括伺服驅動控制系統、變頻控制系統和人機界面操作系統；X光發射成像系統包括高壓發生器、高壓控制器、水冷卻系統、X光管和工控機等，其中工控機有數據采集和分段成像的功能，能快速、穩定地接收圖像信號，經模擬/數字（A/D）轉換器將模擬信號變換為數字信號，經成像軟件處理后，將輪胎內部結構圖像清晰地顯現在顯示器上。PLC與高壓控制器之間需通過串行網關通信，串行網關AB7007由導軌安裝在X光機系統中，通過串行通信協議RS232連接工業以太網的接口模塊，實現PLC與高壓控制器的數據交換。

本工作研究串行網關AB7007和高壓控制器的配置，使X光機輪胎檢測系統的PLC與高壓控制器之間能準確地交換數據。

1 X光機輪胎檢測系統組成

X光機輪胎檢測系統主要用于對輪胎進行無盲區射線檢測，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A/D轉換后通過成像軟件進行圖像處理，將輪胎斷面圖像清晰地顯示在高分辨率顯示器上，以評價輪胎質量。其中成像系統具有實時圖像采集、存儲、處理和打印功能，可以實現實時圖像滾動，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、分布不均和內部撕裂等。

X光機輪胎檢測系統組成如圖1所示。從圖1可以看出，X光機輪胎檢測系統包含8個伺服電機、5個變頻電機、2個觸摸屏、1個圖像處理工作站、1個高壓控制器MP1、2個工業網絡交換機和一些模塊，整個系統以以太網環網通訊為主，局部（如串行網關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公司產品）由微處理器控制，連接X光發生器的控制面板，可以設置不同X光管和高壓發生器的運行模式。PLC通過串行網關AB7007與高壓控制器MP1通訊，從而實現電壓和電流的讀寫。在X光發射程序開始之前，高壓控制器的電壓/電流顯示器顯示輸出電壓/電流，該值會根據具體要求而先確定[3]。

圖1 X光機輪胎檢測系統組成

2 串行通訊協議的工作模式

現場總線和串行網絡之間交換的所有數據都存儲在網關內部的緩沖區中。網絡上的PLC和自動化設備之間的數據交換通過網關內部的緩沖區進行。網關內部數據區中的輸入/輸出（I/O）數據都是經過解包的純數據，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場總線和工業以太網中，而無需對上層有任何限制。串行通訊協議有兩種不同的工作模式。

（1）主站模式

網關在串行網絡上作為主站，發送請求并等待接收串行設備響應。在主站模式下，串行協議Modbus-RTU是一種內置協議，可以通過配置向導設置。除串行協議Modbus-RTU以外，主站模式還可以用于其他基于請求/響應的串行協議。

（2）通用數據模式

在通用數據模式中，網關與所連接的串行設備之間沒有主從關系。串行網絡上的任何節點，包括網關，都可以自主地生產或消費報文。任何節點也不必對報文做出響應，同樣也不必為所發送的請求等待響應。

本工作X光機系統中的串行網關AB7007與高壓控制器MP1之間的通訊采取通用數據模式。

3 高壓控制器MP1的接線方式和數據格式

3.1 接線方式

串行網關AB7007與高壓控制器MP1的網絡連接采用串行通信協議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 數據格式

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

3.2.1 數據請求信息

數據請求信息格式為？<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的當前模式與鑰匙狀態等，響應格式為？M。各模式信息如下。

000：鑰匙開關在位置2。

001：鑰匙開關在位置3，但X光沒有打開。

002：預警模式，X射線發射前進行預警，預警時間一般為1～3 s。

003：X光發射或者關閉的中間狀態。

004：自動模式下，X光發射并開始曝光。

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> ，設置電壓。

I：！I <號碼> ，設置電流。

X：！X，啟動X光發射。

O：！O，終止X光發射。

3.3 注意事項

（1）高壓控制器MP1首次使用或停機48 h后再次使用時，需要對X光發生裝置預熱，預熱方法為：在0 mA下，鑰匙在3檔位（發光檔）進行操作，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，點擊設置（Set）按鈕，LED數碼管閃爍，輸入數字004，點擊進入（Enter）按鈕，進入手動操作模式，旋轉手動調節器進行參數設置，旋轉鑰匙到3檔位，點擊X光發射（X-Ray On）按鈕進行照射，點擊X光關閉（X-Ray Off）按鈕停止照射，照射結束后，旋轉鑰匙到1檔位。

（3）自動操作：鑰匙在2檔位，點擊Set按鈕，LED數碼管閃爍，輸入數字800，點擊Enter按鈕，進入自動操作模式；旋轉鑰匙到3檔位，當執行到發光程序時，系統自動輸入參數并發光，X光照射結束后，旋轉鑰匙到1檔位。

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

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

4 串行網關AB7007的設置

第1步：打開Anybus Configuration Manager軟件后，選擇空白設置，單擊確定。

第2步：配置現場總線。設置串行網關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）。設置通信協議為RS232/422/485，串行數據通信以位為單位，在這種數據傳輸方式中，數據傳輸方向上只用1根通信線。該通信線既作為數據線又作為通信聯絡控制線，數據和聯絡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，數據傳輸速度慢，因此常用于低速、遠距離通信。其中串行通信協議RS2321是美國電子工業聯合會（EIA）于1969年公布的通信協議，適合于數據傳輸速率為每秒0～20 000 bit的串行通信，是為遠程通信中數據終端設備和數據通信設備的連接而制定的。串行網關AB70007的串行通信協議RS232配置如下。

設置協議模式（Protocol Mode）為通用數據模式（Generic Data Mode），波特率（Bitrate）為9 600 bit·s-1，數據位數（Data Bits）為8位，奇偶校驗位（Parity）為無，物理標準（Physical Standard）為串行通信協議RS232，停止位（Stop Bits）為1。

第4步：配置產品（Produce）參數，如圖3所示。發送數據采用改變字節狀態作為觸發（Change of State on Trigger），發送數據為6個字節，第7個字節作為觸發字節（Trigger Byte）。

圖3 Produce配置參數

第5步：配置Produce的數據（Data）參數。數據長度（Data Length）為0x0006，數據定位（Data Location）為0x0200。

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

第7步：配置Consume的Data參數。設置Data Length為0x0006，Data Location為0x0000。

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

圖4 串行網關AB7007下載前后的配置

5 PLC軟件RSLogix5000組態配置

第1步：PLC軟件RSLogix5000組態的模塊選擇見圖5。

圖5 模塊選擇

第2步：設置參數，見圖6。

圖6 參數設置

第3步：設置數據刷新時間間隔，見圖7。因為數據實時性要求不高，可以增加間隔時間，以降低網絡負荷。

圖7 數據刷新時間間隔設置

第4步：完成上述配置后，在PLC的全局變量中，會出現對應的串行網關AB7007標簽（如圖8所示），高壓控制器MP1的電壓和電流回傳數據會傳遞到串行網關AB7007：I中，實現高壓控制器MP1通過串行網關AB7007與PLC的通訊功能，PLC設定高壓控制器MP1的電壓和電流后同時控制X光的發射與關閉。

圖8 PLC全局變量

高壓控制器MP1電壓和電流的數據格式采用固定長度的數字格式，通常是3位。首先，X光機系統根據輪胎規格設置電壓，同時賦值給PLC變量KV_Voltage，然后把十進制數轉換成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]，然后輸出到串行網關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，為了保證數據傳輸的準確性，PLC再通過串行網關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，電流為小數（精確到十分位）。

6 結語

在X光機輪胎檢測系統中，串行網關AB7007實現了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，執行啟動和停止等功能；PLC對高壓控制器MP1的電壓和電流進行讀和寫，最終在X光機輪胎檢測系統中形成了一個環網控制，使PLC與高壓控制器MP1之間能準確地交換數據。

本工作在子午線輪胎質量檢測中的應用前景廣闊，但還有一些需要改進的地方，應進行大量的輪胎圖像模型的測試，以增加檢測準確度。