基于MX Component的工廠數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

付瑞斌

（天津三環(huán)樂喜新材料有限公司，天津300457）

工廠數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)需要在計(jì)算機(jī)與可編程控制器之間建立通信與數(shù)據(jù)交互。可編程序控制器（PLC）可靠性高、編程簡(jiǎn)單、控制能力出色已經(jīng)成為工業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域等必不可少的主流控制器。其中三菱電機(jī)公司（MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION）生產(chǎn)的各系列PLC在自動(dòng)化領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

部分行業(yè)，隨著產(chǎn)能的不斷增長(zhǎng)，設(shè)備的不斷投入，工廠的自動(dòng)化設(shè)備控制系統(tǒng)也在不斷地升級(jí)更新。以三菱PLC為例，上世紀(jì)90年代以后設(shè)計(jì)和投入生產(chǎn)的中小型設(shè)備以FX2N為主要控制系統(tǒng)，并且相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)該控制器作為主流產(chǎn)品在各種設(shè)備中使用。2012年12月三菱電機(jī)不再提供該系列產(chǎn)品，并且以基本性能大幅提升的FX3U作為替代系列推出。以及最新推出的針對(duì)F系列進(jìn)行全方面革新的具有豐富內(nèi)置功能和系統(tǒng)總線的iQ-F系列FX5UPLC和中大型控制系統(tǒng)一直以來使用的Q系列PLC都是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品。多個(gè)系列的PLC控制系統(tǒng)、多種通信協(xié)議在同一工廠并存是現(xiàn)在很多工廠的現(xiàn)狀，使得計(jì)算機(jī)與PLC通信的建立增加難度。

本文以所在企業(yè)自動(dòng)化工廠控制系統(tǒng)實(shí)際現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，開發(fā)和設(shè)計(jì)一種能夠兼容多種控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和管理方案，為傳統(tǒng)工廠的智能制造升級(jí)提供有效的解決方法。

1 通信架構(gòu)的建立和參數(shù)設(shè)定

設(shè)計(jì)以目前市場(chǎng)上使用率較高的幾種三菱電機(jī)自動(dòng)化控制產(chǎn)品為例進(jìn)行開發(fā)。第一類設(shè)備為中大型控制系統(tǒng)Q系列和GT27系列人機(jī)界面組合，其中Q系列CPU內(nèi)嵌以太網(wǎng)通信模塊和人機(jī)界面，可以進(jìn)行以太網(wǎng)通信；第二類為中小型控制系統(tǒng)iQ-F系列FX5U和人機(jī)界面GT23系列組合，由于兩者推出時(shí)間較晚，均設(shè)計(jì)了內(nèi)嵌以太網(wǎng)通信功能，可以通過集線器實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的互聯(lián)和外部通信；第三類和第四類為小型控制系統(tǒng)，PLC和人機(jī)界面通過RS-422實(shí)現(xiàn)通信，人機(jī)界面內(nèi)部的以太網(wǎng)通信接口可以實(shí)現(xiàn)該組合與外部的通信。網(wǎng)絡(luò)組成如圖1所示，辦公室主機(jī)通過以太網(wǎng)與車間設(shè)備組成控制網(wǎng)絡(luò)。

圖1 通信網(wǎng)絡(luò)

系統(tǒng)通信架構(gòu)通過三菱電機(jī)發(fā)布的第三方通信包MX Component實(shí)現(xiàn)，通過使用該通信包工具，可以在無需具備通信協(xié)議及模塊知識(shí)的狀況下實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)至可編程控制器的通信，通過使用通用的函數(shù)，可以使復(fù)雜的串行通信及以太網(wǎng)通信的程序開發(fā)變得簡(jiǎn)單，提高工作效率[1-2]。

在MX Component環(huán)境下，啟動(dòng)Communication Setup Utility通信設(shè)定軟件，針對(duì)圖1所示構(gòu)成的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行表1的通信參數(shù)設(shè)置。

表1 通信設(shè)定

2 監(jiān)控軟件的開發(fā)

控制室電腦監(jiān)控系統(tǒng)程序采用Visual C#.NET語(yǔ)言開發(fā)，C#是微軟公司發(fā)布的一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，有簡(jiǎn)單、現(xiàn)代、通用等優(yōu)點(diǎn)，可大大縮短開發(fā)周期[3-4]。為了開發(fā)方便快捷，MX Component安裝包中已經(jīng)包含了一些常用的ACT控件和.NET控件，如打開關(guān)閉通信鏈路、讀取寫入批量軟元件、讀取寫入緩存存儲(chǔ)器等函數(shù)。在Visual Studio開發(fā)環(huán)境下，只需要加載DotUtlType.dll和DotSupportMsg.dll文件，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)的訪問。標(biāo)簽數(shù)據(jù)通過MX Component的標(biāo)簽管理實(shí)用程序Label Utility對(duì)不同設(shè)備監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)建標(biāo)簽和登錄標(biāo)簽，并通過控件加以使用。采用Visual C#.NET語(yǔ)言開發(fā)的監(jiān)控運(yùn)行情況如圖2所示，該窗體程序可實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備中所構(gòu)成的具體設(shè)備的在線監(jiān)控。

圖2 工廠監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行界面

“打開”控件的后臺(tái)運(yùn)行程序首先調(diào)用通信線路打開函數(shù)object.Open（），并根據(jù)設(shè)備選擇號(hào)打開相應(yīng)的通信鏈路，如果通信沒有建立，則調(diào)用object.GetErrorMessage（）函數(shù)，指出出錯(cuò)代碼并顯示出內(nèi)容，以便故障查找和排除。通信建立后，調(diào)用軟元件批量讀取函數(shù)object.ReadDeviceBlock（）讀出所選設(shè)備的指定軟元件。本工程讀取點(diǎn)數(shù)設(shè)置為8，其中運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行過程、故障顯示是根據(jù)讀取到的數(shù)據(jù)查表顯示相應(yīng)的狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)間、完成數(shù)量、艙內(nèi)溫度、產(chǎn)品溫度、艙內(nèi)濕度則均顯示由PLC直接采集到的數(shù)據(jù)，在如圖所示的文本框顯示時(shí)需要將整型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成字符串。“關(guān)閉”控件后臺(tái)調(diào)用object.Close（）函數(shù)關(guān)閉通信線路。通過工廠在線測(cè)試表明，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單明了，采集的數(shù)據(jù)及時(shí)有效，可幫助生產(chǎn)管理人員了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和合理調(diào)度使用設(shè)備。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從工廠的實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)工廠設(shè)備的構(gòu)成特點(diǎn)和數(shù)據(jù)管理需求，設(shè)計(jì)開發(fā)了兼容多種型號(hào)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)過程中，選取了具有典型代表的不同型號(hào)的4類型三菱電機(jī)公司生產(chǎn)的自動(dòng)控制設(shè)備組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)生產(chǎn)工藝甄選出部分關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行采集顯示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本系統(tǒng)可有效地在線監(jiān)控到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，提升了生產(chǎn)管理效率。為傳統(tǒng)工廠網(wǎng)絡(luò)化管理提供了較好的解決思路，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的引入和云計(jì)算的開發(fā)還可以實(shí)現(xiàn)真正的智能化生產(chǎn)，有很高的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.MX Component Version 4 Operating Manual.Japan：MITSUBISHI ELEC TRIC CORPORATION，2014[Z].

[2]MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.MX Component Version 4 Programming Manual.Japan：MITSUBISHI ELEC TRIC CORPORATION，2014[Z].

[3]李從宏.C#程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

[4]張敬普.精通C#5.0與.NET 4.5高級(jí)編程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.