成型機數控MX-4與PLC400及上位機數據通訊的實現

陳 亮，蔡 盈，閔建東

(1.中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001;2.昆明云內動力股份有限公司，昆明650224)

成型機數控MX-4與PLC400及上位機數據通訊的實現

陳 亮1，蔡 盈2，閔建東1

(1.中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠，湖北 荊州434001;2.昆明云內動力股份有限公司，昆明650224)

為了能及時處理MEER公司生產的成型機數控MX-4的故障，提高生產效率，并為將來成型機上位機的技術改造升級做好技術儲備，對數控MX-4與PLC400及上位機之間硬件通訊接口，MX-4與PLC400數據交換通道的具體實現方法、MX-4與上位機MODEM通訊測試流程、MX-4與對上位機的數據解析刷新方法等進行了分析研究。研究結果對同類故障的判定和處理提供了較好的思路。

成型機；MX-4；PLC400；上位機；通訊

中國石化集團石油工程機械有限公司沙市鋼管廠(以下簡稱沙市鋼管廠)的成型機控制系統是MEER公司十多年前的產品，上位機負責調型時將各類參數通過RS232端口以串口通訊協議傳輸給MX-4，上位機上有硬件密碼狗。目前上位機使用年限已久，市場無備件可買，曾出現死機現象，造成停機時間過長，嚴重影響生產。由于以前對相關技術儲備不足，影響了生產進度，造成了一定的經濟損失，因此有必要對成型機多軸數控MX-4與PLC400及上位機通訊數據交換的具體實現過程進行深入研究，找到較好的解決和維護方案，以備將來不時之需。

1 MX-4與PLC400及上位機的硬件通訊接口

MX-4與PLC400及上位機之間的硬件通訊接口如圖1所示。由圖1可見，MX-4 PM2U主軸X11A接口與PLC400之間PROFIBUS DP接口用DP電纜連接，二者采用PROFIBUS DP協議通訊。

圖1 MX-4與PLC400及上位機之間硬件通訊接口

MX-4 PM2U主軸X11C接口通過力士樂公司提供的型號為MX4/PC/RS422/ADAPTER/50M專用電纜與力士樂協議轉換器RS422接口連接，力士樂協議轉換器RS232端口再與西門子上位機PC F145的RS232端口連接。在MX-4端發送/接收數據采用串口RS422協議，PC端發送接收數據采用串口RS232協議。

MX-4與上位機之間加入力士樂協議轉換器是因為兩者之間的距離超過了15m。國際標準要求RS232通訊最大距離25m，可靠距離15m，vmax=20 kb/s；而RS422通訊最大距離1 200m，vmax=10 Mb/s。生產現場使用的是19.2 kb/s。

2 MX-4與PLC400通訊數據的交換

要實現MX-4與PLC400通訊數據的交換，首先要在MX-4端SP-PROFIBUS并行程序中開辟數據接收和發送通道數組，在PLC400端硬件組態界面開辟與前者數組存儲位數相同的讀入通道(PIW)和寫入通道(PQW)，MX-4使用ECL程序指令(ECL program command)對 PLC400傳遞過來的數據進行讀寫操作和處理。

2.1 MX-4與PLC400數據交換通道的互相映射

PLC400對數控MX-4讀寫通道的組態映射如圖2所示。讀入通道(PIW300-PIW363)和寫入通道(PQW400-PQW463)，分別為 64×8=512 bit。并且讀入通道和寫入通道的總位數要分別與SPPROFIBUS并行程序中的輸出數組a Bus[out]及a Bus[in]的總位數512位一致，否則會發生通訊溢出錯誤。

圖2 PLC400對數控MX-4讀寫通道的組態映射

需要指出的是，在PLC400組態MX-4讀寫通道的時候，一定要先組態讀取通道(PIW300-PIW363)，之后插入寫入通道(PQW400-PQW463)，二者順序不能顛倒，否則MX-4無法與PLC400實現DP通訊。

MX-4端開辟的接收/寫入PLC400數據通道是通過SP-PROFIBUS程序中的C語言來實現，具體程序如圖3所示。

圖3 MX-4端接收/寫入程序

圖3 中a Busin[**]是向量數組，因為在MX-4 A_VAR.ECL文件匯中已經將a Busin[**]等同于向量數組A00[**]，向量數組的一維即為32 bit，所以MX-4定義的接收PLC數據的存儲總長度為32*16=512 bit，正好與上述PLC組態中開辟寫入通道(PQW400-PQW463)的總存儲位數512 bit一樣。

a Bus out[**]等同于向量數組A01[**]，與 PLC400 中(PIW300-PIW363)相對應。

分析PLC400程序發現，由于PLC端以PIB及PQB分別對MX-4數據進行讀取和寫入，故a Busin[**]一維相當于4個連續的PQB**，a Bus out[**]一維相當于4個連續的PIB。例如： a Busin[0]與 PQB400、 PQB401、 PQB402 和PQB403對應，a Bus out[0]與PIB300、PIB301、PIB302和PIB303對應。

2.2 PLC400端對MX-4數據的寫入/讀取

PLC400端通過組態PQW400-PQW463通道對MX-4端寫入數據，并采用LAD的MOVE指令或STL的L/T指令實現傳送。PLC400通過功能塊FC49將PQW400寫入MX-4，解析程序如圖4所示。

圖4 FC49寫入MX-4的解析程序

MB400由M400.0～M400.7組成，依次代表急停/復位/泵1啟/泵2啟/泵3啟/泵4啟/泵5啟/時鐘模式，這PLC端的8個信息點通過PLC400傳送給MX4在PLC里面的映射區PQB400(8位)，由于MX4與PLC通過2.1章節中組態的互相映射關系，能自動讀取PQB400里面的信息。程序中PQB400、PQB401、PQB402及PQB403為對應MX-4的a Busin[0]。

PLC400端通過組態PIW300-PIW363通道對MX-4端讀取數據，并采用LAD的MOVE指令或STL的L/T指令實現傳送。PLC讀取MX-4a Bus[0]至a Bus[7]程序實例如圖5所示。

圖5 PLC讀取MX-4的程序

2.3 MX-4端對PLC400數據的接收解析和寫入

MX-4端對PLC400數據進行接收解析和寫入時，首先要定義MX-4系統軸32軸及PLC400通訊相關的參數，流程圖及其程序解釋如圖6所示。

完成MX-4系統軸32軸通訊參數給定和開啟通訊口后，MX-4便可通過SP-PROFIBUS并行程序接收和寫入PLC數據。

接收指令如圖7所示。

圖6 MX-4系統軸參數S32及PLC400通訊參數的定義流程及其解釋

圖7 MX-4接收PLC的數據指令

接收數據解析:通過連續兩條指令VS5_tem=a Busin[**]>>24&0x000000FF；VS5_A03=a Busin[**]>>8&0x0000FF00|VS5_tem獲取a Busin[**]高字節，通過VS5_tem=a Busin[**]>>8&0x000000FF和VS5_A04=a Busin[**]<<8|VS5_tem&0x0000FFFF指令獲取a Busin[**]低字節。

MX-4給PLC400發送數據指令如圖8所示。

圖8 MX-4給PLC的發送指令

3 MX-4與上位機通訊數據的交換

上位機與MX-4通訊是通過OPC技術的串口通訊，硬件上二者間借助了MODEM(調制解調器)。要成功實現MX-4與上位機調型參數通訊數據的交換，首先要在MX-4編程調試軟件ECL中的OPC窗口加載MX-4程序中定義的通訊數據項。之后上位機每次調型更改參數后，MX-4的SP_PROCON并行程序檢測到上位機鍵盤有功能鍵按下時，啟動數據交換功能。主要交換的數據為第1面/2面推板小車每步編碼器數據設置，1面/2面傾斜臺架角度設置，1面/2面模柄位置設置，設置插入某一步的數據，設置刪除某一步的數據。

3.1 MX-4與上位機OPC通訊數據的加載

MX-4與上位機OPC通訊初始化部分的程序如圖9所示。

MX-4與上位機需要交換的OPC數據項共有506個，定義格式分為兩種，一種是整數型的(integer)，另一種是位型的(boolen)。

例1：推管時模柄上升終點位置A100[13](整數型)定義為

A100[13]“MdSwTransPos”;;3;3(其中 MdSwTrans Pos為A100[13]在MX-4程序中宏定義)。

例2：上梁升到允許推管的最小位置觸發點V202.17(位型)定義為

V202.17“vILmsPuMin”;;3;11(其中MvILms PuMin為V202.17在MX-4程序中宏定義)。

例3：上位機鍵盤功能鍵按下V231.24(位型)定義為

V231.24“vFFucKeyPres”;;3;11。

3.2 MX-4 對上位機通訊數據的解析處理

MX-4對上位機通訊數據解析處理是通過并行程序SP-PROCON來完成的。

由于在ECL的OPC加載窗口已經對串口的各參數進行了設置，在SP-PROCON并行程序中就不需要對串口波特率等進行設置。但每次上位機斷電重啟后，若MX-4與PC通訊異常，就需要對PC與MX-4之間串口調制解調器的初始化進行檢測。調制解調器的初始化通過MX-4端的SP-MODEM子程序完成，其核心部分流程如圖10所示。

圖9 MX-4與上位機OPC通訊初始化程序

MX-4與PC之間串口MODEM通訊正常后，MX-4通過SP-PROCON并行程序實現對上位機傳遞數據的讀取。MX-4中SP-PROCON的并行程序主要是對1 side/2 side的模柄位置、進口/出口推板小車每步位置、進口/出口臺架每步角度等上位機成型設置參數的刷新讀取，以及插入/刪除某一步數據的刷新。各參數與對應的SPPROCON中向量變量見表1。

圖10 MX-4與PC通訊異常MODEM測試流程

表1 成型參數與對應變量對照表

SP-PROCON并不是實時讀取上位機設置的各類成型參數，而是通過程序中的相關標志位來判斷上位機是否有界面打開且有功能鍵按下，如果有就會啟動執行并刷新接收數據。SPPROCON并行程序中對某向量變量進行插入刷新和刪除刷新，采取的方法是類似于C語言鏈式隊列插入操作和刪除操作的方法。SPPROCON中插入某一步刷新數據時，為防止溢出，通常采取少用一個存儲單元來避免。

4 結束語

介紹了數控MX-4與PLC 400及上位機之間硬件通訊接口、MX-4與PLC400數據交換通道的互相映射的實現、MX-4與PLC互相讀取/寫入數據的實現方法及注意事項、MX-4與上位機MODEM通訊測試流程以及MX-4與對上位機的數據解析刷新方法等。希望能對使用MEER成型機的鋼管廠家及時處理設備故障和技術改造升級有一定的借鑒和參考作用。

[1]周秀峰，羅紅福，蔡小青.MX-4多軸數控系統在直縫焊管成型機上的應用[J].焊管，2004，27(6)：76-80.

[2]羅紅福.PROFIBUS-DP在銑邊機控制系統中的應用[J].焊管，2005，28(3)：40-42.

[3]劉華波，王雪，何文雪.組態軟件WINCC及其應用[M].北京：機械工業出版社，2010.

[4]王曉穎，周淑軍，聞康，等.PLC埋弧焊管渣清理收集裝置控制系統中的應用[J].鋼管，2006，35(6)：36-38.

[5]徐馳，馬占昌，樊萍.鋼管加工中心自動找正電氣系統的研制與應用[J].鋼管，2009，38(6)：64-68.

[6]陶海燕.PLC在鋼管冷拔機電氣控制系統中的應用[J].鋼管，2010，39(6)：57-59.

[7]宗波，李淑彬，王國順.基于PROFIBUS現場總線的水壓試驗機控制系統[J].鋼管，2011，40(3)：55-58.

[8]陳昶.S7-300型PLC在立式錐形輥穿孔機頂桿小車上的應用[J].鋼管，2012，41(2)：67-72.

[9]張衛國.S7-300在冷彎設備中的應用[J].電氣技術，2007(3)：87-91.

[10]朱明清，鄧廣龍，李喜東.西門子S7-300PLC在氣體分段計量中的應用[J].自動化技術與應用，2011，30(1)：65-67.

Research on Data Communication among Forming Machine Numerical Control MX-4,PLC400 and Upper-machine

CHEN Liang1,CAI Ying2,MIN Jiandong1
(1.Shashi Steel Pipe Works,SINOPEC Petroleum Engineering Machinery Co.,Ltd.,Jingzhou 434001,Hubei,China;2.Kunming Yunnei Power Co.,Ltd.,Kunming 650224,China)

In order to timely dispose the faults of forming machine numerical control MX-4 produced by MEER Company,improve production efficiency,and prepare technical reserves for the technology upgrade of forming machine PCin future,it conducted hardware communication interface among numerical control MX-4,PLC400 and upper machine.It analyzed and studied the concrete realization method of data exchange channels between MX-4 and PLC400,the communication testing process between MX-4 and upper computer MODEM,MX-4 and the upper machine data resolution refresh methods.The research results provided a good idea for the similar fault judgment and processing.

forming machine;MX-4;PLC400;upper computer;communication

TG335.75

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.12.011

陳 亮(1986—)，男，工程師，主要從事焊管行業電氣控制方面的設計工作。

2016-09-28

謝淑霞