基于FX5UPLC 的慶聲試驗(yàn)箱智能管控系統(tǒng)

賴忠良

（中國電子科技集團(tuán)有限公司第四十四研究所，重慶 400060）

0 引言

以PLC（可編程邏輯控制器）為核心的工業(yè)化控制系統(tǒng)，其優(yōu)越的邏輯處理能力和通信能力，已經(jīng)在各領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。采用工業(yè)級PLC 控制系統(tǒng)對慶聲高低溫試驗(yàn)箱進(jìn)行集中管控，可以增強(qiáng)設(shè)備安全和智能化程度，提高設(shè)備信息化和管控能力。

1 設(shè)計(jì)原理

1.1 慶聲試驗(yàn)箱

控溫范圍-60～150 ℃溫度和濕度10%～98%RH（相對濕度），控制波動±0.2 ℃和±2%（RH）。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上可通過THS2005 微電腦可編程控制器背面的RS232 插座連接到個(gè)人電腦，廠家提供的DAT Viewer4.0 軟件在計(jì)算機(jī)安裝后，可以實(shí)時(shí)查看、管理狀態(tài)及編制程序文件等，但這些實(shí)時(shí)狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)曲線只能在設(shè)備現(xiàn)場才知曉，設(shè)備超溫等安全預(yù)警功能不太完善，并且該軟件不提供數(shù)據(jù)接口輸出，不能進(jìn)入設(shè)備層或管理層的信息管控系統(tǒng)，形成信息孤島。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)建

針對設(shè)備信息化環(huán)境需要，建立運(yùn)行參數(shù)大數(shù)據(jù)，提供更完善的安全預(yù)警和設(shè)備管控能力，決定以三菱FX5UPLC 對監(jiān)控畫面值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)在本地實(shí)時(shí)查看、參數(shù)超限聲光報(bào)警，同時(shí)建立無人值守電話預(yù)警系統(tǒng)，并通過遠(yuǎn)程服務(wù)器融入設(shè)備管控系統(tǒng)（圖1）。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)建

2 FX5U-PLC 與慶聲試驗(yàn)箱數(shù)據(jù)通信算法研究

2.1 通信設(shè)置

（1）慶聲試驗(yàn)箱。該試驗(yàn)箱采用THS-2005 控制器[1]作為控制大腦，在串口通信參數(shù)設(shè)定時(shí)，每臺機(jī)器的ID 號不能相同，波特率選取默認(rèn)19 200 b/s 即可。同時(shí)在THS-2005 串口輸出安裝一個(gè)RS232 轉(zhuǎn)RS485 轉(zhuǎn)換器，通過RS485 總線與其他試驗(yàn)箱一起，采用手拉手方式與FX5U-PLC 的智能通信適配器FX5-485ADP 連接。

（2）FX5U-PLC。三菱FX5U 通過高速化系統(tǒng)總線、豐富的內(nèi)置功能、以及對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，作為MELSEC IQ-F 系列新產(chǎn)品，其通信接口及性能相比FX 系列大大增強(qiáng)。

由于慶聲THS-2005 設(shè)計(jì)上主要用于以文本字符方式的計(jì)算機(jī)通信，加大了與工業(yè)級PLC 通信和數(shù)據(jù)處理難度，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，只能采取無順序通信方式。

2.2 FX5UPLC 通信發(fā)送和接收原則

根據(jù)THS-2005 網(wǎng)絡(luò)通信格式說明書[2]，通信格式傳輸格式純字符模式：STX，0，1，A，DATA，END。其中，“STX”為起始；“0”固定是PC 端ID；“1”是控制器端ID，可以根據(jù)試驗(yàn)箱所處位置不同自行編制，區(qū)分不同試驗(yàn)箱數(shù)據(jù)唯一標(biāo)準(zhǔn)；“A”為通信命令，傳回監(jiān)控畫面值；“DATA”為資料內(nèi)容，命令不同而不同；“END”為結(jié)束。

FX5UPLC 采用串口專用無順序通信指令RS2[3]與慶聲試驗(yàn)箱THS2005 通信，其梯形程序如圖2。

D0 是發(fā)送首地址，D50 是接收首地址。當(dāng)繼電器M51 接通時(shí)，RS2 指令發(fā)送存儲在D0～D7 中的字符串“STX，0，1，A，END”，只有ID=1 的試驗(yàn)箱會作出響應(yīng)，傳回其監(jiān)控畫面值，收到約68 個(gè)字符串存儲到D50～D83 數(shù)據(jù)寄存器。如果想得到其他試驗(yàn)箱監(jiān)控畫面值，只需要把發(fā)送字符串中的“1”變成對應(yīng)機(jī)器的ID 號即可。

2.3 數(shù)據(jù)提取研究

接收到的68 個(gè)字符串先送至數(shù)據(jù)寄存器D100～D133 暫存。因?yàn)樵囼?yàn)箱運(yùn)行程序名稱不同，收到的字符串?dāng)?shù)不同，但需要的關(guān)鍵數(shù)據(jù)都固定在前42 個(gè)字符串中，詳見THS-2005 網(wǎng)絡(luò)通信格式說明書[2]。下面僅以提取慶聲試驗(yàn)箱的溫度測量值為例。

圖2 RS2 收發(fā)梯形圖

首先，確認(rèn)數(shù)據(jù)寄存器D102 是否等于16進(jìn)制H3120（三菱PLC 數(shù)據(jù)存儲原則：低位在前，高位在后），即接收的數(shù)據(jù)是否屬于ID=01的慶聲試驗(yàn)箱。“1”表示試驗(yàn)箱處于“在線”狀態(tài)，才能進(jìn)行下一步數(shù)據(jù)處理，否則處于“離線”狀態(tài)。在確認(rèn)是試驗(yàn)箱1 的數(shù)據(jù)之后，繼續(xù)判斷D107 是否等于H2C31。“1”表示試驗(yàn)箱正在“運(yùn)行”，否則處于“待機(jī)”狀態(tài)。然后提取字符串中的溫度測量值。經(jīng)過觀察，接收的字符串的第17～第22 位共6 個(gè)字符是溫度測量值，其位置固定不變，直接通過三菱FX5U 專用字符提取命令MIDR 完成。

2.4 字符串轉(zhuǎn)變BIN16 數(shù)據(jù)算法處理

慶聲試驗(yàn)箱溫度范圍為-60～150 ℃，涉及到負(fù)數(shù)。三菱PLC 字符串轉(zhuǎn)換BIN16 位數(shù)據(jù)指令VAL，規(guī)則如下：首位必須是空格（20H）或負(fù)號（2DH），轉(zhuǎn)換直到出現(xiàn)“00H”止，但字符只能是“0（30H）”-“9（39H）、空格（20H）及小數(shù)點(diǎn)“.”（2EH），否則轉(zhuǎn)換運(yùn)算錯(cuò)誤。先采用圖3 所示的梯形圖進(jìn)行判斷。

圖3 符號判斷程序

INSTR 指令從存儲字符串首地址D160 左側(cè)第1 位開始搜索“-”號，位于第幾個(gè)位置的序號存儲在D157 中，根據(jù)試驗(yàn)箱規(guī)則存在以下3 種情況：

（1）D157=0，即測量值為正數(shù)無負(fù)號，即XXX.XX、XX.XX和X.XX（圖4）。

VAL 轉(zhuǎn)換的字符串首位必須是空格或負(fù)號，在字符串前加兩個(gè)空格H2020，然后轉(zhuǎn)換成BIN16 位溫度測量值。因該命令忽略小數(shù)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換后的測量值D175 除以100 后得到實(shí)際溫度測量值。

（2）D157=1，即測量值負(fù)數(shù)-XX.XX（圖5）。VAL可以直接轉(zhuǎn)換成BIN16 位溫度測量值，轉(zhuǎn)換后的測量值D175 除以100 后得到實(shí)際溫度測量值。

（3）D157=2，即測量值負(fù)數(shù)-X.XX（圖6）。此時(shí)D160 開始的字符串空格加負(fù)號，直接轉(zhuǎn)換會出錯(cuò)。必須再通過MIDR 命令提取字符，然后用VAL 轉(zhuǎn)換成溫度測量值D175，除以100 后得到實(shí)際溫度測量值。

溫度設(shè)定值、濕度測量值和濕度設(shè)定值處理方式類似，不作具體討論。

3 智能管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般廠區(qū)根據(jù)使用功能不同，試驗(yàn)箱分布在各個(gè)房間內(nèi)，不利用集中管理，為了使分散設(shè)備集中管理，提高管理能力和管控能力，特構(gòu)建一套智能管控系統(tǒng)。

圖4 正數(shù)測量溫度程序

圖5 -XX.XX 測量溫度程序

圖6 -X.XX 測量溫度程序

3.1 本地監(jiān)控系統(tǒng)

PLC 控制柜安裝觸摸屏，實(shí)時(shí)監(jiān)測每臺慶聲試驗(yàn)箱和其他恒溫干燥箱狀態(tài)，包括設(shè)備在線或離線狀態(tài)、運(yùn)行或待機(jī)狀誠、箱內(nèi)實(shí)時(shí)溫度和濕度的設(shè)定值和測量值。同時(shí)，控制柜側(cè)安裝聲光報(bào)警燈，當(dāng)檢測到關(guān)鍵參數(shù)超限時(shí)立即發(fā)出聲光報(bào)警。

3.2 本地?zé)o人值守電話預(yù)警系統(tǒng)

部分IC 廠涉及商業(yè)秘密或保密要求，禁止設(shè)備系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)形式如手機(jī)短信、微信等連接互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)設(shè)計(jì)了一套無人值守電話預(yù)報(bào)警系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)超限后自動拔打相關(guān)人員電話進(jìn)行預(yù)警的功能。

當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)超限時(shí)通過PLC 系統(tǒng)中間繼電器物理隔離后，觸發(fā)電話報(bào)警中心，通過電話線拔打預(yù)先存儲的1～4 組電話，直到有人接聽電話為止。當(dāng)接收到電話時(shí)，自動提示預(yù)先錄制房間的設(shè)備出現(xiàn)相關(guān)故障信息，尤其在深夜和節(jié)假日，可以減少人員巡視，降低安全隱患，提高設(shè)備智能化程度。

3.3 遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)

所有慶聲試驗(yàn)箱經(jīng)過工業(yè)級PLC 控制系統(tǒng)集中管理后，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，通過三菱現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，再集中進(jìn)行管控，傳至工廠客戶端監(jiān)控級、管理級計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)掌握監(jiān)控的所有信息，同時(shí)可以追溯所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)的歷史信息。

4 總結(jié)

采用三菱可編程邏輯控制器FX5UPLC 對慶聲試驗(yàn)箱監(jiān)控畫面數(shù)據(jù)進(jìn)行智能采集，優(yōu)化算法研究，成功、可靠地接收每臺試驗(yàn)箱的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線或以太網(wǎng)融入設(shè)備智能管控系統(tǒng)，形成設(shè)備層到管理層的數(shù)據(jù)傳遞，構(gòu)建試驗(yàn)箱運(yùn)行大數(shù)據(jù)，解決了設(shè)備運(yùn)行信息孤島問題，加強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的安全預(yù)警。