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馮元崴 （1975-）
男，1996年畢業(yè)，高級工程師，碩士 學(xué)位。現(xiàn)就職于寶鋼分公司硅鋼部，從事電氣自動化工作。
摘要：本文就寶鋼分公司硅鋼部無取向重卷機(jī)組新增數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、相關(guān)軟件編程進(jìn)行說明，并成功實現(xiàn)了基于Profibus總線的MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控和跟蹤。
關(guān)鍵詞：總線 ；組態(tài)；Profibus；MELSEC
Abstract: This article introduces the hardware and network configuration as well as the
related programming of MELSEC data acquiring and monitor system in BaoSteel No-Oriental Steel Recoiling & Trimming Line. Based on profibus, Data Acquiring and Monitor
function of MELSEC system is successfully realized.
Key words: Bus; Configuration; Profibus; MELSEC
1 引言
寶鋼分公司硅鋼部無取向硅鋼重卷機(jī)組2008年上半年投產(chǎn)，主要用于無取向硅鋼產(chǎn)品分卷及剪邊。該機(jī)組采用三菱MELSEC Q系列（MELSEC-Q25H）PLC作為機(jī)組主線PLC，用于機(jī)組控制。在試生產(chǎn)初期，由于該機(jī)組無數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，部分困擾機(jī)組正常運行的問題由于缺乏分析手段而得不到解決。為解決該問題，于2008年下半年在該機(jī)組增加了數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，解決原有機(jī)組對于故障分析無有效手段的問題，使大量困擾機(jī)組的問題得以解決。本文就MELSEC系統(tǒng)中增加數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)原理、實現(xiàn)方法進(jìn)行介紹和說明。
2 系統(tǒng)概述
2.1 數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)選擇
在重卷機(jī)組數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)選型時，原有系統(tǒng)HMI中自帶的趨勢（TREND）功能由于采集數(shù)據(jù)量小及采樣時間無法滿足現(xiàn)場要求。在目前主流數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中，較為成熟的是德國iBA公司的PDA。該公司成立于1985年，其PDA產(chǎn)品具有良好的開放性，廣泛應(yīng)用于與西門子、ABB公司等基礎(chǔ)自動化設(shè)備配套，用于對產(chǎn)線故障進(jìn)行跟蹤以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析。
鑒于iBA公司PDA產(chǎn)品良好的使用業(yè)績，雖然國、內(nèi)外業(yè)界鮮有使用于MELSEC系統(tǒng)的實例，但考慮PDA支持Profibus總線，最終選擇iBA公司PDA作為新增數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。
2.2 Profibus現(xiàn)場總線
Profibus是一種國際化、開放式、不依賴于生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線。廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化、樓宇等鄰域自動化。
MELSEC系列PLC采用Profibus方式通訊基本原理如圖1所表示：
Profibus-DP使用了物理層（PHY）、數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）和用戶層。物理層規(guī)定了線路介質(zhì)、物理連接的類型和電氣特性。數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）規(guī)定介質(zhì)訪問控制、幀格式、服務(wù)內(nèi)容以及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的總線管理服務(wù)（FMAl／2）。FMAl／2的功能主要有強(qiáng)制復(fù)位FDL和PHY、設(shè)定參數(shù)值、讀狀態(tài)、讀事件及進(jìn)行配置等。用戶層包括直接數(shù)據(jù)鏈路映像DDLM和用戶接口／用戶。用戶接口詳細(xì)說明了各種不同Profibus-DP設(shè)備的設(shè)備行為，DDLM將所有在用戶接口中傳送的功能都映射到現(xiàn)場總線/Profibus-DP主站/數(shù)據(jù)鏈路層FDL和FMAl／2服務(wù)。最終，利用緩沖存儲器并使用專用指令與MELSEC-Q系列PLC實現(xiàn)通訊。
2.3 系統(tǒng)硬件及軟件構(gòu)成
系統(tǒng)硬件組態(tài)簡圖如圖2表示：
其硬件組成如下：
（1）PLC側(cè)采用QJ71PB92D作為Profibus-DP主站單元；
（2）PDA服務(wù)器（采用PCI插槽，配置L2B n/8 PCI卡，使用Profibus接口與主站進(jìn)行通訊)；當(dāng)采用一條Profibus總線作為通訊回線時，一個L2B n/8 PCI卡相當(dāng)于4個DP從站；
（3）使用Profibus專用電纜連接MELSEC PLC側(cè)QJ71PB92D（主站）與PDA服務(wù)器側(cè)的L2B n/8 PCI卡；
（4）PDA硬件授權(quán)（使用USB接口，連接于PDA服務(wù)器USB接口上）
在MELSEC系統(tǒng)下配置數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)并實現(xiàn)其功能需要如下軟件：
（1）GX-Developer：用于對Profibus主站QJ71PB92D在MELSEC系統(tǒng)中進(jìn)行組態(tài)；
（2）GX-Configurator DP：用于對MELSEC系統(tǒng)下Profibus網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)、配置和參數(shù)設(shè)定；
（3）Iba Analyzer：用于對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和分析。
3 硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
3.1 Profibus主站（QJ71PB92D）硬件組態(tài)
由于Profibus主站模塊安裝在MELSEC硬件系統(tǒng)中，因此需要使用MELSEC專用軟件GX-Developer對主站的硬件信息進(jìn)行組態(tài)。在本項目中，QJ71PB92D卡件插在第22個槽位，其類型選擇為智能類型；QJ71PB92D與PLC雙向通訊采用其點數(shù)為32點(具體地址定義見表1),硬件起始地址為320（即地址偏移量為320）。出錯設(shè)置為出錯時輸出模塊清空，硬件出錯時CPU操作模式為停止。其詳細(xì)配置為圖3。
表1 QJ71PB92D輸入/輸出信號表
3.2 Profibus從站（L2B n/8 PCI）硬件組態(tài)
為實現(xiàn)對MELSEC系統(tǒng)必要數(shù)據(jù)采集，在PDA服務(wù)器中需安裝L2B n/8 PCI卡作為Profibus從站；每條Profibus回線可以仿效為四個Profibus DP 從站。在本項目中，使用一條Profibus回線實現(xiàn)MELSEC系統(tǒng)QJ71PB92D與PDA服務(wù)器所安裝的L2B n/8 PCI通訊。
3.3 網(wǎng)絡(luò)組態(tài)
在完成硬件組態(tài)后，需對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)，并對主站和從站信息進(jìn)行相應(yīng)配置。對于Profibus網(wǎng)絡(luò)，使用GX-Configurator DP進(jìn)行組態(tài)。MELSEC GX-Configurator DP是三菱開發(fā)的針對Profibus網(wǎng)絡(luò)所開發(fā)的對網(wǎng)絡(luò)及主/從站設(shè)定的專用軟件。對于Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)步驟如下：
（1）選擇Profibus-DP模塊類型為QJ71PB92D，選擇其模式為擴(kuò)展工作模式（MODE E）；
（2）安裝GSD文件。對于不同的數(shù)據(jù)采集模塊，有不同類型的GSD文件。在本項目中，每個從站采集的數(shù)據(jù)類型為32個模擬量和32個數(shù)字量，因此選擇與之對應(yīng)的GSD文件iba_0F01.gsd；
（3）把QJ71PB92D作為Profibus主站，設(shè)置主站信息及總線參數(shù)。在該項設(shè)置中，除主站信息中的主站FDL地址需要進(jìn)行修改外（本項目設(shè)置為0），其余參數(shù)均可采用原有默認(rèn)參數(shù)；
（4）使用菜單中新增DP子站（Insert DP Slave）功能，新增L2B 8/8 PCI的4個子站，子站名稱分別定義為PDA01～PDA04，其FDL地址分別定義為1～4。
通過以上步驟，完成Profibus網(wǎng)絡(luò)組態(tài)，使用MELSEC GX-Configurator DP對配置進(jìn)行下裝，即完成了對DP網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。組態(tài)后的Profibus網(wǎng)絡(luò)見圖4。
4 編程
在完成硬件及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)后，需對通訊及采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行編程。
4.1 通訊編程
對于MELSEC與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通訊，需要通過編程實現(xiàn)。在編程中，使用QJ71PB92D模塊的Y00狀態(tài)位觸發(fā)數(shù)據(jù)通訊開始。其判斷邏輯如下：
采用如上邏輯判斷MELSEC PLC與Profibus模塊QJ71PB92D是否可以開始進(jìn)行通訊；當(dāng)Profibus網(wǎng)絡(luò)及通訊模塊QJ71PB92D硬件正常，且不在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時，通訊開始。
4.2 數(shù)據(jù)采集編程
在實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集前，需要對QJ71PB92D數(shù)據(jù)存儲方式進(jìn)行了解。
QJ71PB92D使用緩沖存儲進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，緩沖存儲地址定義從0～3775，其中0～959主要用于從站輸入數(shù)據(jù)存儲，960～1919用于從站輸出數(shù)據(jù)存儲；對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，使用960～1919作為采集信號地址定義區(qū)域。在本項目中，使用L2B n/8 PCI卡作為PDA服務(wù)器數(shù)據(jù)采集卡，對于一條Profibus回線系統(tǒng)而言，每個L2B n/8 PCI卡相當(dāng)于4個從站；根據(jù)每個從站可采集32個模擬量和32個數(shù)字量而言，本項目數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)地址分配如下：
表2 L2B n/8 PCI從站地址分配
對于本項目而言，作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從MELSEC CPU讀取需采集數(shù)據(jù)，通過緩沖存儲中的輸出映像區(qū)傳送至QJ71PB92D的輸出映像中；對于使用一個Profibus回線的L2B n/8 PCI模塊而言，其相當(dāng)于4個DP子站，通過指定輸出映像中地址與子站對應(yīng)關(guān)系，使在不同輸出映像地址中的數(shù)字量和模擬量分別在不同的DP子站中顯示，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集功能。
在對數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，使用MELSEC智能模塊軟元件方式進(jìn)行編程。所謂智能軟元件就是將智能模塊的緩沖存儲器以CPU軟元件的形式表現(xiàn)出來，這樣可以直接讀取保存于智能模塊緩沖存儲器中的數(shù)據(jù)，而且可以直接向智能模塊的緩沖存儲器中寫入數(shù)據(jù)。
以采集數(shù)字量數(shù)據(jù)為例，其編程方式如下：
以采集模擬量數(shù)據(jù)為例，通過Profibus方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時，其高低字節(jié)是相反的，因此需要采用SWAP指令 對字節(jié)次序進(jìn)行調(diào)整。其編程方式如下：
通過以上方式，實現(xiàn)了對數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)采集。
5 結(jié)語
根據(jù)以上內(nèi)容，在原有MELSEC系統(tǒng)上建立了以Profibus為總線的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。通過該數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，對關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄，為故障和分析提供了依據(jù)和基礎(chǔ)，解決了大量的現(xiàn)場問題。
參考文獻(xiàn)
[1] 三菱電機(jī)，Profibus-DP接口模塊用戶手冊，2001.4.
[2] 三菱電機(jī)，GX-Configurator DP操作手冊，2003.11.
[3] IBA AG，Profibus Interface PCI Board，2007.1.
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號