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馮元崴 （1975-）

男，1996年畢業(yè)，高級工程師，碩士 學位。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組新增數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成、硬件及網絡組態(tài)、相關軟件編程進行說明，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組2008年上半年投產，主要用于無取向硅鋼產品分卷及剪邊。該機組采用三菱MELSEC Q系列（MELSEC-Q25H）PLC作為機組主線PLC，用于機組控制。在試生產初期，由于該機組無數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，部分困擾機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)，解決原有機組對于故障分析無有效手段的問題，使大量困擾機組的問題得以解決。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產品具有良好的開放性，廣泛應用于與西門子、ABB公司等基礎自動化設備配套，用于對產線故障進行跟蹤以及對數(shù)據(jù)進行收集分析。

    鑒于iBA公司PDA產品良好的使用業(yè)績，雖然國、內外業(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、不依賴于生產商的現(xiàn)場總線。廣泛應用于制造業(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：

                       圖1   采用Profibus總線MELSEC通訊原理圖

    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、物理連接的類型和電氣特性。數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）規(guī)定介質訪問控制、幀格式、服務內容以及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層的總線管理服務（FMAl／2）。FMAl／2的功能主要有強制復位FDL和PHY、設定參數(shù)值、讀狀態(tài)、讀事件及進行配置等。用戶層包括直接數(shù)據(jù)鏈路映像DDLM和用戶接口／用戶。用戶接口詳細說明了各種不同Profibus-DP設備的設備行為，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。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)硬件及軟件構成

    系統(tǒng)硬件組態(tài)簡圖如圖2表示：

                          圖2   MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控組態(tài)簡圖

    其硬件組成如下：

    （1）PLC側采用QJ71PB92D作為Profibus-DP主站單元；

    （2）PDA服務器（采用PCI插槽，配置L2B n/8 PCI卡，使用Profibus接口與主站進行通訊)；當采用一條Profibus總線作為通訊回線時，一個L2B n/8 PCI卡相當于4個DP從站；

    （3）使用Profibus專用電纜連接MELSEC PLC側QJ71PB92D（主站）與PDA服務器側的L2B n/8 PCI卡；

    （4）PDA硬件授權（使用USB接口，連接于PDA服務器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)中進行組態(tài)；

    （2）GX-Configurator DP：用于對MELSEC系統(tǒng)下Profibus網絡進行組態(tài)、配置和參數(shù)設定；

    （3）Iba Analyzer：用于對采集數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和分析。

3 硬件及網絡組態(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。其詳細配置為圖3。

                           表1   QJ71PB92D輸入/輸出信號表

                             圖3   MELSEC系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控組態(tài)簡圖

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服務器所安裝的L2B n/8 PCI通訊。

3.3 網絡組態(tài)

    在完成硬件組態(tài)后，需對網絡進行組態(tài)，并對主站和從站信息進行相應配置。對于Profibus網絡，使用GX-Configurator DP進行組態(tài)。MELSEC GX-Configurator DP是三菱開發(fā)的針對Profibus網絡所開發(fā)的對網絡及主/從站設定的專用軟件。對于Profibus網絡組態(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，因此選擇與之對應的GSD文件iba_0F01.gsd；

    （3）把QJ71PB92D作為Profibus主站，設置主站信息及總線參數(shù)。在該項設置中，除主站信息中的主站FDL地址需要進行修改外（本項目設置為0），其余參數(shù)均可采用原有默認參數(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網絡組態(tài)，使用MELSEC GX-Configurator DP對配置進行下裝，即完成了對DP網絡組態(tài)。組態(tài)后的Profibus網絡見圖4。

                                  圖4   Profibus網絡組態(tài)

4 編程

    在完成硬件及網絡組態(tài)后，需對通訊及采集的數(shù)據(jù)進行編程。

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：

                                 圖5   通訊觸發(fā)邏輯

    采用如上邏輯判斷MELSEC PLC與Profibus模塊QJ71PB92D是否可以開始進行通訊；當Profibus網絡及通訊模塊QJ71PB92D硬件正常，且不在進行數(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)存儲方式進行了解。

    QJ71PB92D使用緩沖存儲進行數(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

                                圖6   QJ71PB92D數(shù)據(jù)讀寫簡圖

    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，其相當于4個DP子站，通過指定輸出映像中地址與子站對應關系，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)進行數(shù)據(jù)采集時，使用MELSEC智能模塊軟元件方式進行編程。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：

    其具體含義為把內部變量1　M230（布爾量）送至智能模塊QJ71PB92D的1#從站的數(shù)字量1#通道中，其軟元件地址為U32/G962.0。

    以采集模擬量數(shù)據(jù)為例，通過Profibus方式進行數(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)次序進行調整。其編程方式如下：

    其具體含義為把數(shù)據(jù)寄存器1　W100（整型）送至中間寄存器1，通過SWAP指令對高低字節(jié)進行對換后，把其結果送至智能模塊QJ71PB92D的1#從站的模擬量1#通道中，其軟元件地址為U32/G964。

    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 結語

    根據(jù)以上內容，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)，對關鍵數(shù)據(jù)進行跟蹤記錄，為故障和分析提供了依據(jù)和基礎，解決了大量的現(xiàn)場問題。


參考文獻

[1] 三菱電機，Profibus-DP接口模塊用戶手冊，2001.4.

[2] 三菱電機，GX-Configurator　DP操作手冊，2003.11.

[3] IBA  AG，Profibus　Interface PCI Board，2007.1.