基于ＩＮＴＥＲＢＵＳ現場總線系統的過程監控與診斷研究

摘要：該文結合基于INTERBUS現場總線的機電一體化柔性模擬生產線系統，討論了總線結構下的監控與診斷方式。對基于控制器和PCWORX的總線故障診斷系統及基于組態王監控軟件的現場生產過程中的故障診斷監控進行了分析，較詳細描述了以DDE動態數據交換為橋梁的組態王與VB結合的監控與診斷系統結構及系統的配置方式。

關鍵詞：INTERBUS現場總線；診斷系統；監控系統；組態

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2009)05-1248-02

Based on INTERBUS Field Bus System's Process Monitoring And Diagnosis Research

WANG Li， XIE Fei

(Tianjin Light Industry Vocational and Technical College， Tianjin 300000， China)

Abstract: This article unifies based on the INTERBUS field bus's integration of machinery flexibility simulation production line system， discussed under the bus structure monitoring and the diagnosis way. Including based on controller and PCWORX main line failure diagnosis system; Monitors the software based on the configuration king regarding the scene production process in failure diagnosis monitoring sum. Finally， to make up the configuration king in the data processing and the serial data correspondence aspect insufficiency， discussed take the DDE dynamic data exchange as the bridge configuration king and the VB union monitoring and the diagnosis system structure， as well as system's collocation method.

Key words: INTERBUS field bus; diagnosis system; supervisory system; configuration

1 引言

InterBus現場總線作為 IEC 61158標準之一，是一種開放型的串行總線系統，為快速傳感器/執行器在工業環境中傳輸過程數據而設計，其數據傳輸速度快、效率高。總線控制器和總線設備具有智能化和很強的故障診斷能力，優化的診斷功能最大程度減小了維護周期，易于處理和安裝，廣泛應用于現代化制造行業。

2 柔性模擬生產線系統概述

該機電一體化柔性模擬生產線采用Interbus總線，由9個子站組成，分別是備料、下料、加蓋、穿銷、模擬、綜檢、液壓、分揀和倉儲單元。其網絡結構如圖1所示。

管理層由監控PC通過交換機和ILC-350ETH共同構成，ILC350通過集成的以太網接口和其它的控制器和系統進行通訊。控制層則由兩個從控制器ILC200 UNI和總線耦合器 BK模塊 、數字輸入、輸出模塊 DIO組成。整個系統的組態和編程在PC WORX中完成，PCWORX結合了單機及系統的組態、編程和的全部工具，為所有使用以太網、RS232或INTERBUS現場總線的控制系統的連續操作提供了一個完備的工具包。上位由組態王構成監控與數據采集系統，在此系統的基礎上我們進行了總線故障診斷方式的研究。

3 系統監控與故障診斷

3.1 基于遠程現場控制器的總線故障診斷

InterBus總線控制器RFC430中的標準寄存器提供了總線運行的狀態信息，也可通過控制程序操作總線系統。寄存器的地址可利用PC WORX組態軟件在控制系統的輸入或輸出地址區域設定。診斷和自啟動程序在PC WORX 2.02中功能編程軟件Program Worx上開發，采用ST（結構化文本）語言編程，編程后封裝成功能模塊。該模塊以診斷狀態寄存器、診斷參數寄存器作為輸入，經過處理之后把診斷信息賦給全局外部變量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA。自啟動功能可以檢測故障是否清除，一旦檢測到故障已經清除后，通過標準功能啟動寄存器，啟動總線運行。

在線故障診斷首先將故障類型、故障代碼和對應的詳細信息以及處理方法保存在數據庫中。當INTERBUS控制系統出現故障，診斷程序根據INTERBUS OPC Server送來的全局外部變量ERR DIAG STATUS和ERR DIAG_PAPA可以立即獲得診斷后的故障類型、故障位置和故障代碼，應用數據庫編程，可以實時顯示故障詳細信息以及處理方法，維護人員根據這些信息做出迅速處理，并盡快恢復系統運行，以提高生產效率。在線故障診斷提高了INTERBUS現場總線的控制系統的可靠性。

3.2 生產過程實時監控與診斷

檢測診斷系統設計主要包括：1）監測與數據采集功能；2）人機界面操作環境；3）分析診斷功能；4）報表功能。

基于組態王的監測系統可以實現數據采集與分析顯示功能。用戶可以進行采樣參數如監視機組的采樣長度、采樣通道、數據保存的時間間隔、組數等設置；系統根據設定的參數進行實時數據顯示，包括備料數、下料數、加蓋傳銷數、總檢正品、次品數以及倉儲數量等；用戶在界面上也可以通過繪制實時數據的波形圖，直觀觀察數據的變化。采集、分析顯示是通過調用驅動程序完成對硬件的操作，數據采集并不直接與硬件打交道，而是通過驅動程序來控制硬件。組態軟件的數據庫分為兩種：實時數據庫和歷史數據庫。數據采集得到的數據將存入實時數據庫，可以通過DDE供其他外部程序調用。

診斷系統建立在監測系統上，數據根據用戶的選擇從歷史數據庫調出。基于組態王設計的診斷系統能夠實現報警、報表、歷史曲線、診斷分析等功能。監測系統與診斷系統是既相互獨立又緊密聯系，診斷系統中完成不同功能的程序代碼被封裝成函數形式，在組態王中通過編寫代碼，并將這些代碼按照診斷系統要求封裝成模塊，完成診斷分析功能開發。診斷功能采用可擴展的接口方式，用戶可以隨意擴充模塊功能，便于升級。

4 基于DDE的VB與組態王結合的遠程監控診斷

組態王具有良好的圖形界面、豐富的驅動程序和網絡功能。但是，對于利用串口設備實現大數據量通信的系統，組態王存在很大的局限性。借助VB編程可以實現大數據量的串口通信、復雜的數據分析和處理等功能。以彌補組態王在大量數據的串行通信和大量數據計算處理方面的不足。如圖2所示。

DDE（動態數據交換）是指在操作系統環境下各個應用程序間進行實時動態數據交換。一旦提供數據的服務方改變了交換數據的內容，接受數據的客戶方將立即自動更新交換數據內容，從而有效地保證了數據傳送的一致性。提出交換請求的一方稱為客戶（Client），對交換請求作出響應或提供服務的一方稱為服務器（Server）。串口通信服務程序向組態軟件提供串口數據的服務，是服務器端，又稱為發送端；而組態軟件向通信服務程序發出請求，并接收其發送的數據，是客戶端。

我們使用組態王獲得生產線某段工件堆積數與傳送帶電機的轉速如圖3，并將數據傳遞給VB后臺進行分析，計算獲得傳送帶電機轉速調整數據后傳回組態王并設置PLC相關寄存器，從而控制電機的轉速。這樣可以在VB環境中隨時在線調整電機轉速的或控制參數。

這里，我們首先需要建立組態王和VB的DDE連接， 新建一個名為vbPID的DDE設備，服務程序名PIDSer，話題名PIDcontrol，數據交換方式為標準WINDOWS項目交換。

對于由組態王傳至VB的數據，我們在變量詞典中新建變量后，連接設備設設置為vbPID，項目名設這里為TASK和SPEED。對于VB回傳至組態王的調整后速度數據這里為ADJ_SPEED， 依然將連接設備設置為vbPID。

在VB中程序PIDSer.vbp 中屬性設置為（Form1為Text1所在窗體）：

Form1.LinkTopic = \"PIDcontrol\"‘數據交換的話題

Form1.LinkMode = 1‘作為服務器

變量文本Text顯示變量SPEED1的值設置：

Text.LinkTopic =\"PIDcontrol\" ‘數據交換的話題

Text.LinkItem = \"SPEED\"‘組態王中變量的項目名稱

Text.LinkMode = 1‘Automatic 模式

屬性設置前必須開啟組態王界面，否則會出現連接錯誤的提示信息。任務數TASK變量的設置與變量SPEED設置相同。

VB傳至組態王的數據，需要在相應的組態王數據詞典中添加變量設置連接設備為vbPID，項目名稱是VB中對應的文本控件名稱。這樣我們實現了VB與組態王數據的處理和交換。

5 結束語

InterBus具有速度快、周期性和過程數據的等時傳輸和優化的診斷功能。對于現場總線的監控診斷方式，我們采用了基于控制器和PCWORX的總線故障診斷系統，對于現場生產過程中的故障，組態王監控軟件提供了直觀快捷的人機界面實時反應生產數據。為了彌補組態王在數據處理和串行數據通信方面的不足，討論了以DDE為橋梁的組態王和VB結合的監控與診斷系統結構，以及系統的配置方式，并將其應用于我院模擬生產線速度的自動控制。

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