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案例頻道0 引言
隨著計算機技術在碼頭的廣泛應用及網(wǎng)絡技術的不斷進步，一個現(xiàn)代化的集裝箱碼頭要提高裝卸速度，創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益，就必須不斷完善碼頭的設備監(jiān)控管理系統(tǒng)[3]。
目前國內(nèi)許多港口引進的一些大型機械設備（如卸船機和龍門吊起重機）的PLC控制系統(tǒng)各式各樣，如有日本安川（YASKAWA）電機的CP317系列、GE公司的9030系列、西門子公司的S7系列、ABB公司的AC800M控制系統(tǒng)等，而對于GE、西門子、ABB等公司的PLC和控制器產(chǎn)品，一般的監(jiān)控組態(tài)軟件都提供了完善的驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控，而對于日本安川（YASKAWA）的PLC設備，由于其行業(yè)性比較強，一般的監(jiān)控組態(tài)軟件并沒有對其提供驅(qū)動程序，給監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)帶來了一定的難度，而安川（YASKAWA）公司的PLC產(chǎn)品CP317系列在港口應用非常廣泛，并且以其穩(wěn)定的性能得到了許多港口用戶的好評。本文提出了一種利用目前比較流行的Citect組態(tài)軟件實現(xiàn)與安川PLC以太網(wǎng)通訊的方法，為港口設備監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)提供了一條思路。
1 Citect軟件功能
Citect軟件是澳大利亞悉亞特公司開發(fā)的一套功能強大的工業(yè)過程控制應用軟件，具有良好的開發(fā)環(huán)境、強大的PLC接口通信協(xié)議支持、實時的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)以及高效完整的 Cicode監(jiān)控語言和函數(shù)集，在數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測和過程控制中得到了廣泛的應用[2]。該軟件具有下列主要的功能：
（1）生動的圖形顯示功能：便利的圖形工具可以制作逼真、充分反映現(xiàn)場狀況的圖形,包括各種趨勢圖。
（2）趨勢圖顯示：運用各種趨勢圖對歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行形象的表現(xiàn)，便于數(shù)據(jù)的管理與分析。
（3）報警顯示功能：通過連續(xù)不間斷地監(jiān)視，以文字、圖形、聲光等形式,對設備故障進行報警。
（4）報表功能：可按需要制作任何形式的報表格式。
（5）強大的網(wǎng)絡功能：可以在LAN和WAN上提供全區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸和管理，充分支持服務器/客戶機、服務器/瀏覽器結(jié)構(gòu)。
（6）數(shù)據(jù)庫功能：支持標準的SQL語言，擁有內(nèi)嵌的SQL語言，通過開放的數(shù)據(jù)庫連接（ODBC）可以實現(xiàn)與多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的連接
（7）多種語言支持：支持英/漢屏幕變換。
（8）易擴展性：支持OPC接口，可以作為OPC服務器或客戶機。
2 安川PLC以太網(wǎng)通訊方式
安川PLC CP317系列的以太網(wǎng)通訊是依靠以太網(wǎng)通訊模塊CP218實現(xiàn)的，CP218是專用于CP316、CP317 CPU的以太網(wǎng)模塊，支持四種通訊方式：Memobus、Extended Memobus、Melsec和自定義通訊。
2.1 Memobus通訊
Memobus是日本安川（YASKAWA）公司內(nèi)部的一種用于可編程序控制器的工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，它適用于公司下屬多種產(chǎn)品間的互相通信[1]。
將計算機作為一個主站，PLC作為從站。由主站啟動數(shù)據(jù)傳輸，從站應答。主站與從站通訊，每個從站都有對應的地址碼，收到主站命令的從站執(zhí)行指定的功能，并且對主站做出應答。如果在一定時間內(nèi)主站未收到從站的應答，將從新發(fā)送請求。Memobus在主從站之間根據(jù)報文發(fā)送的格式不同可以分為兩種通信模式：RTU和ASCLL模式。RTU模式的報文格式緊湊，ASCLL模式的報文可讀性好。根據(jù)不同的應用場合選擇不同的模式，當要求主站的數(shù)據(jù)處理速度相對比較快時，選擇RTU模式。
2.2 Extended Memobus通訊
Extended Memobus是日本安川（YASKAWA）公司專門為以太網(wǎng)通訊而開發(fā)的一種工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其基本的原理與Memobus通訊類似，只是為了能更好的適應以太網(wǎng)而在Memobus協(xié)議上添加了一些其他的信息。
2.3 MELSEC通訊
MELSEC是日本三菱電機公司的通訊協(xié)議，為了能更好的實現(xiàn)與三菱產(chǎn)品之間的通訊，安川（YASKAWA）公司CP218模塊中加入了MELSEC通訊協(xié)議。
2.4 自定義通訊
為了使自己的產(chǎn)品具有更好的開放性和靈活性，CP218模塊同時也支持自定義的通訊方式。
3 Citect軟件與安川PLC以太網(wǎng)通訊實現(xiàn)的方法
組態(tài)軟件與設備之間能夠?qū)崿F(xiàn)通訊，關鍵看通訊協(xié)議是否相互匹配，發(fā)送報文的格式是否符合協(xié)議的標準。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)由一臺安裝了Citect組態(tài)軟件的計算機和若干個子站PLC組成，它們之間通過以太網(wǎng)連接，結(jié)構(gòu)圖如圖一所示。
3.2 Memobus方式實現(xiàn)通訊
Citect組態(tài)軟件提供了上百種設備的驅(qū)動程序，但卻沒有Memobus通訊協(xié)議，但這并不意味著通訊不能建立，由于Memobus的報文組成方式類似于目前非常通用的一種協(xié)議Modbus，而Modbus協(xié)議是目前幾乎所有組態(tài)軟件所支持的，因此，可以選擇Modbus協(xié)議與安川PLC進行通訊。由于安川PLC本身的限制，要實現(xiàn)通訊，還必須在PLC中編寫通訊程序。
3.2.1 定義通訊通道
對于CP317的CPU，CP218模塊支持10個通道同時為其他設備提供數(shù)據(jù)，因此必須在編程軟件CP717中為CP218模塊定義通訊通道，通訊通道的主要
參數(shù)設置：
通訊端口（My Port）：10011（根據(jù)具體空閑PLC通道定）
目標IP（DST.IP）：000.000.000.000（全“0”表示在同一網(wǎng)段的任意IP都可以利用）
目標端口（DST.PORT）：00000（上位機空閑端口）
連接類型（Connect Type）：TCP
協(xié)議類型（Protocol Type）：Memobus
方式（code）：RTU
DST.Station：000000000000（目標站注釋）
3.2.2 編寫通訊程序
定義通訊通道的過程中實現(xiàn)了上位計算機與PLC之間連接的建立，但數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送并未建立，根據(jù)數(shù)據(jù)通訊的機制，當上位機發(fā)送連接請求到PLC時，CP218無法自動接受通訊請求，必須由CP218內(nèi)部功能模塊 “MSG－RCV”接受請求，經(jīng)過對報文的解析，將請求的數(shù)據(jù)傳送給上位監(jiān)控計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，程序結(jié)構(gòu)如圖二所示
圖二 程序結(jié)構(gòu)
一般的通訊程序作為子程序存放在“Low Scan Programs”中，那么在主程序中必須通過“CALL”指令調(diào)用通訊子程序。另一方面第三方軟件CITECT通過Memobus通訊只能讀取YASKAWA PLC的M區(qū)數(shù)據(jù)，因此要將所有需要采集的數(shù)據(jù)通過“MOVW”指令傳送入M區(qū)的未用地址區(qū)中。
3.2.3 Citect軟件配置
由于YASKAWA PLC的Memobus通訊協(xié)議與Modbus通訊協(xié)議類似，因此協(xié)議的設置應該遵循Modbus的協(xié)議標準。
在Citect軟件軟中通過驅(qū)動程序向?qū)нx擇Modicon的TSX Quantum Ethernet（TCP/IP）的驅(qū)動程序協(xié)議，向?qū)瓿珊笤凇癐O Devices”選項中確認“Protocol”為“MODNET”，并且由于Memobus協(xié)議是一種在TCP網(wǎng)絡層的串行通訊協(xié)議，在協(xié)議的報文組成部分有地址位，因此必須在“IO Devices”選項“Address”屬性中填寫地址位，對于不同的站，地址位可以相同但不能為空。
3.2.4 Citect軟件中變量定義的方法
在Citect軟件中，Memobus RTU協(xié)議的變量定義類似于Modbus RTU協(xié)議的變量定義方法。
（1）讀取MW時，協(xié)議讀取的數(shù)據(jù)可以為5位或者6位，按照Modbus的地址編寫規(guī)則，將MW改寫為“4”表示讀取數(shù)據(jù)；
（2）當YASKAWA PLC中MW地址為5位，當最高位為“0”時，可以按5位讀取，也可按6位讀取，當?shù)刂纷罡呶徊粸椤?”時，按6位讀取。如：MW00500地址可以寫為40501或400501；
（3）Memobus不支持MW00000地址的讀取，因此讀取MW時必須在原PLC地址的字地址位加1，如MW00000地址編為400001，所有地址依次類推都要加1；
（4）讀取MB時，在相應的字后加位數(shù)，如MB00500A地址可以寫為40500.11或400500.11，M10500A地址寫為410500.11；
（5）對于位尋址，Memobus協(xié)議的的1－16位分別對應于PLC寄存器的16－1位，是一個反向的關系，為了能獲得想對應的寄存器的值，必須在Citect軟件的MODNET參數(shù)設置中的“[MODNET]RegisterBitReverse”屬性定義為“0”。
4 結(jié)束語
設備與設備之間要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊，關鍵看通訊協(xié)議，本文中所研究的方法就是基于此基礎上的，并且在某港口的卸船機遠程監(jiān)控系統(tǒng)（RCMS）中測試通過，并投入使用，運行狀況良好。本文的技術線路也可應用于其他組態(tài)軟件實現(xiàn)與安川（YASKAWA）PLC的通訊上。
參考文獻：
[1] 魏 欣,林葉春,鮑敏中. 基于Intouch平臺集裝箱裝卸橋監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā). 工業(yè)控制計算機，2004,（3）：32－34
[2] 亓宗英,朱紅五,張 勇. Citect軟件在江蘇大運河水情監(jiān)測調(diào)度系統(tǒng)中的應用. 長江科學院院報，2001,（4）：48－50
[3] 史建民,黃有方,趙婉瑩. 基于Memobus RTU通信協(xié)議的PLC數(shù)據(jù)優(yōu)化組合傳送方法. 上海海運學院學報，2003，（24）：52－55
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號