基于現場總線的程序測試模擬設備

丁孟喜

摘 要：隨著市場需求水平的提高及輸送機設備的發展，實踐中需要自動化程度更高輸送機設備以提高效率，這促使相應的控制程序也更為復雜。本文的內容主要是在此背景之下，基于現場總線程序的測試模擬系統設備的研究，本人以自身實踐的角度對此設備進行了創新，以此來測試輸送機設備控制程序的可行性，希望通過本文的研究能夠讓此測試模擬系統設備的信息對輸送機控制技術領域的發展有所助益。同時，也體現了對輸送機設備應用的生產領域提供的現實意義。

關鍵詞：程序測試 模擬設備 自動化 輸送機設備

1 技術背景

輸送機設備本身價格昂貴，且輸送機線體較長，致使在設備運行時容易出現失誤，因此其調試工作不容有失。以往的調試工作，在施工安裝后才能進行。如此，輸送機設備的調試周期及程序都難以得到保障。雖然配備了專業人員對設備運行進行觀察，以便及時調整程序錯誤，減少了程序失誤的可能性，但是這樣的操作需要投入大量的人力，且花費時間較多也不能完全避免失誤，工程成本很高。為此，創新輸送機設備調試方法是必然之舉，也是提高工程質量和效率，減少成本的有效方法。

現場總線是聯系現場設備、儀表與自動控制裝置、系統三者的數據總線，具有雙相通信、串行和多點等特征，并由此構成了雙向的數字通訊網絡，將現場裝置與控制系統有效連接。當前，針對應用需求開發出了多種為多設備間提供通信的現場總線，如Interbus、DeviceNet、Arcnet等。總之，現場總線是一個開放性的協議。

控制程序隨著輸送機設備的發展而發展。目前，輸送設備的自動化程度越來越高，相應的控制程序也更為復雜，使得設備調試工作任務越來越多。一定程度上，控制程序的優化有助于輸送機設備效能的有效發揮。因此，相應的程序測試模擬系統設備開發十分必要。

從控制程序的編制上看，變送器和傳感器等故障信息為人身安全、設備安全提供了很好的保障。但是在實踐中，遭遇的故障信息是很難預料的，使得控制程序之外的故障信息控制有一定的困難，需要更精確的檢測。

輸送機設備的運行是按照設計要求完成的，因此控制程序的作用就是保障其依照此步驟運行。輸送機設備龐大，部件精密，調試人員在進行工作時做出準確而直接的判斷比較困難。這要求新的控制程序融合直觀和簡潔的調試特點，有所完善。

2 技術革新

本文的研究則是針對上文所述輸送機設備控制程序的問題進行。在下面的闡述中主要介紹了檢測程序的優化方案，并說明了程序從工業現場向工作平臺轉移的檢測和完善過程。

本文中的工作平臺將現場設備的模擬運行、故障測試和檢測控制程序等組成一個系統，并利用總線Profitbus、NET/H、Interbus相連接，以此將控制PLC、觸摸屏之間的數據實現交換。

2.1 工作平臺的構成

3臺觸摸屏、2套控制PLC構成了本工作平臺。其中，PLC分別執行了以下任務：

（1）對工業現場的接觸器、傳感器和閥門等相關信息進行采集，以此為依據輸出信號，實現對電機與汽缸動作的控制。是一個控制程序。

（2）模擬輸送機設備運行所需的模擬程序，其輸入信號由控制程序的輸出信號構成。

3臺觸摸屏的任務：

（1）收集與輸入機設備運行相關的信息，對故障點、診斷信息、傳感器狀態等進行記錄。

（2）對電機和汽缸等的運行狀態進行模擬，以此實現輸送機線體上產品載體的運行位置監督。

（3）對工業現場的控制柜和操作盒涉及的操作按鈕進行模擬。本套測試平臺的設計思路是將輸入信號設置為PLC的輸出信號，輸出信號設置為實踐中PLC的輸入信號。因此，本工作臺采用的觸摸屏可以實現現場輸送機控制信號的強制輸出。

2.2 技術優勢

以往的程序調試工作，需要將設備安裝完成后才能進行。公司必須要提前采購設備安裝所需的元器件（汽缸、電機、傳感器等）、現場接線盒和操作盒、電纜等，以此來保障工業現場各個模塊與PLC系統的連接，實現測試。這樣一個過程所需要投入的人力物力和財力成本很高，影響了公司的效益。

而本文所涉及的工作平臺利用了3臺觸摸屏和2套控制PLC就滿足了測試工作所需的條件，優化了測試的事前準備工作，使得工作更為便捷。此外，對測試控制程序不同信號之間的接收和搜集也獲取了數量更大、質量更高的設備信息。公司在調試工作之前，無需在工業現場安裝測試所需的接線盒和操作盒、電纜等，大大地降低了測試所需的成本，其應用范圍和靈活性也更高。

在工業現場，輸送機設備的測試工作有時需要2條相關的設備同時運行，使得調試工作更為復雜。而本工作平臺所涉及的技術只需要增加1套控制PLC就可以實現2條輸送機設備同時測試，擴展性能好。一套用以在工業現場獲取變送器和傳感器等的狀態信號，并通過信號輸出對電機和汽缸動作實現控制;另一套則記錄診斷信息、故障點等觸摸屏信息，現實輸送機設備的運行信息等。在本技術的支持之下，兩套控制PLC可以通過NET/H總線完成工業現場的通信連接。

2.3 本實用新型技術的各組成設備的主要工作原理

本技術需要3套觸摸屏和2套控制PLC以及三條現場總線（NET/H、Profitbus、Interbus）支持，可以幫助完成實體設備的模擬運行。由此，構成了檢測和完善的控制程序，能夠模擬出多種故障。

（1）Profitbus主要負責地1臺觸摸屏、第1套控制PLC間的通信連接。在觸摸屏上，現場所涉及的電機、變送器、傳感器等元器件的狀態得以顯示，可以清晰直觀的觀察到各個軟件元件狀態、計數的情況。

控制程序的執行與控制PLC系統相關。后者在第2套控制PLC相關基礎之上，借助NET/H現場總線完成信號傳輸，實現與第1臺觸摸屏的通信連接。

（2）兩套控制PLC的通信連接共同構成了控制創新執行和異常故障報出的條件。換而言之，工業現場輸送機設備的運行可以通過工作平臺的指令進行，而工作平臺可以采集相應的數據信息。

（3）第2套控制PLC和第3臺觸摸屏可以實現對現場控制柜和操作盒操作按鈕的控制，并完成信號輸入和輸出，亦或是屏蔽信號等模擬步驟。同時，兩者與第1套控制PLC通過現場總線實現數據交換，提高了輸送機設備的工作效率，實現了現場操作相同的目標。

此外，第2套控制PLC和第3臺觸摸屏也與第2臺觸摸屏通過現場總線有所連接。其作用在于利用第2臺觸摸屏實現輸送機線體產品載體、輸送機設備運行狀態的監視，使得觀察工作更為便捷，效果呈現更為直觀。

（4）由于第2臺觸摸屏可以對電機和汽缸運行狀態及產品載體的運行位置同時進行展示，因此相較于傳統的調試模式更為直觀，而其執行情況也決定了監視的效果。第2臺觸摸屏的作用得益于其與第1套控制PLC和第3臺觸摸屏間有通信連接，明了控制程序執行情況和操作按鈕的操作情況，能夠全面的了解現場運行狀態，并進行相應的運行狀態模擬。這一技術也使得信息更為集中，監視無死角。

（5）現場控制柜和操作盒的操作按鈕由第3臺觸摸屏顯示。該觸摸屏可以發出強制信號，用以形成控制出現輸出信號的條件，測試程序運行過程中由于編制問題所導致的異常故障。該觸摸屏的輸出信號為第1套控制PLC的輸入信號。

在第3臺觸摸屏上，可以同時實現對現場控制柜和操作盒的操作控制。線體啟動、故障復位、手動操作等都更加方便。該觸摸屏連接了控制PLC，借助第2套控制PLC實現與第1套的數據交換，并將搜集到的元器件狀態在2臺觸摸屏中進行顯示。

本模擬系統囿于數據線插孔限制（CPU上只有1個Profitbus），故配置了H網模塊，各個設備間的通信也借助兩條現場總線完成（NET/H和Interbus）。

3 效果評價

經過一系列的測試，本程序測試模擬方案相較于原有的測試方案更為經濟、安全、可靠，更為先進，符合輸送機設備發展的要求。特別是測試模擬技術中對現場總線的靈活應用，克服了設備一對多數據通信的難題。同時本程序測試模擬方案也使得程序測試工作直觀便捷，方便了工作人員操作，有效避免了程序執行失誤情況的發生。

在本文對程序測試模擬系統方案的闡述中可以得知，程序測試相較于原來更為先進智能，有效降低了人為調試的錯誤，對減少程序執行失誤有現實意義。其中，測試控制程序能夠通過與異常故障對應的反應完善程序。以此可知，本技術對生產領域有效能的提高有重要意義。

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