Mipro系統(tǒng)與西門子PLC間通訊系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

姜亦曉，賈秀芹

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

WM 4－160型轉(zhuǎn)子式混砂機(jī)、ASK 180型砂處理雙盤冷卻器是濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司于2010年從德國KW公司引進(jìn)?；焐皺C(jī)包含1套高效強(qiáng)力轉(zhuǎn)子混砂機(jī)和1套型砂性能自動在線檢測裝置，分別用于混制造型線用潮模型砂和檢測型砂的性能指標(biāo)。冷卻器用于造型線舊砂處理系統(tǒng)，為自動造型線回砂降溫增濕。在鑄鍛公司工業(yè)園區(qū)二期項目初期沒有Mipro控制系統(tǒng)，KW混砂機(jī)與冷卻器各自獨立控制,且無法遠(yuǎn)程監(jiān)控和修改參數(shù)，不利于整個砂處理系統(tǒng)的系統(tǒng)控制，因此經(jīng)論證對砂處理控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加了一臺工業(yè)計算機(jī)，組成Mipro型砂控制系統(tǒng)。Mipro系統(tǒng)包括混砂機(jī)系統(tǒng)中的全自動水定量裝置Micomp Uni和VEDIMAT型砂測試系統(tǒng)以及冷卻器系統(tǒng)中的全自動水定量裝置Micomp Uni。依賴于Mipro控制系統(tǒng)與混砂機(jī)和冷卻器電控系統(tǒng)（電控系統(tǒng)都是采用的西門子PLC技術(shù)）實時數(shù)據(jù)通訊，通過該控制系統(tǒng)可以通過選擇不同的界面，查看 Mixer、Cooler、Vedimat的設(shè)備信息、生產(chǎn)、工藝信息。也可以查看完整的Mipro控制設(shè)備的畫面，可以顯示和控制粘土重量、固體重量、PLC參數(shù)數(shù)據(jù)等。另外，還有數(shù)據(jù)庫、混砂動態(tài)和校正、統(tǒng)計等功能。組成系統(tǒng)還用于后期實施的工藝參數(shù)大屏幕LED屏現(xiàn)場展示和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 系統(tǒng)構(gòu)成與特點

1.1 Mipro控制系統(tǒng)簡介

Mipro(the modular quality assurance－process control－data analysis and visualization system for your moulding sand preparation)[1]控制系統(tǒng)引進(jìn)于Michenfelder公司，此控制系統(tǒng)主要功能包括用戶管理功能；數(shù)據(jù)查詢功能；解析功能；設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能；歷史圖表功能以及數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能等。用戶管理功能：管理員用戶可以建立新用戶和分配進(jìn)入授權(quán)，改變系統(tǒng)背景下程序語言，可以改變與其相連的Micomp Uni等設(shè)備的全局和配方參數(shù)；另外，他有權(quán)在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行編輯；普通用戶允許進(jìn)行各個配方的水分校正，允許確認(rèn)故障，查看各種設(shè)備頁和包含趨勢的數(shù)據(jù)庫等。數(shù)據(jù)查詢功能：可以編譯或查詢報警、以及批次的統(tǒng)計和查詢。解析功能：為管理員提供不同參數(shù)時，校正分析。設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控功能：通過選擇屏幕中相應(yīng)的設(shè)備按鈕，進(jìn)入與設(shè)備現(xiàn)場完全一樣的控制界面，管理員就可以做相應(yīng)的設(shè)備操作和參數(shù)設(shè)置，如圖1所示。歷史圖表功能：可以查看選擇的參數(shù)的歷史曲線，如圖2所示。

圖1 Mipro控制界面

圖2 參數(shù)歷史曲線

1.2 Micomp Uni和 VEDIMAT簡介

全自動水定量裝置Micomp Uni：該系統(tǒng)設(shè)計用于濕度范圍在2.0%～6.0%之間的造型砂，型砂溫度的測量范圍在0～100℃之間。Mipro根據(jù)實際溫度和濕度計算出必要的特征參數(shù)，這些特征參數(shù)在調(diào)試時要按實際情況進(jìn)行調(diào)整，如果需要，還可隨后將其優(yōu)化（例如在全負(fù)荷狀態(tài)下）。

Vedimat型砂測試系統(tǒng)的工作基礎(chǔ)是型砂的濕度和緊實率之間有密切的影響關(guān)系。僅在混砂機(jī)中使用Micomp Uni濕度控制系統(tǒng)意味著，不僅濕度得到了完全的控制，與此相關(guān)的緊實率也得到了控制（只要型砂成份保持恒定）。

Micomp Uni的主要任務(wù)是可靠準(zhǔn)確地測量濕度，控制定量加水，以平衡型砂溫度和水份含量對混砂結(jié)果帶來的影響。僅使用Micomp Uni系統(tǒng)不能控制由型砂成份變化引起的緊實率變化。Vedimat的主要任務(wù)是檢測出慢慢但不停變化的型砂成份和對緊實率以及壓實強(qiáng)度的影響 (或多或少地由回砂，新砂，膨潤土和細(xì)粒粉塵等)。通過不斷調(diào)節(jié)加水量，Vedimat和濕度控制系統(tǒng)Micomp Uni的協(xié)調(diào)工作保證了恒定的型砂緊實率，其偏差很小。即使生產(chǎn)過程中緊實率有很小的變化也能被檢測到并得到調(diào)節(jié)。Vedimat+Micomp Uni形成了一個互相獨立又互相控制的系統(tǒng)。使用Vedimat和Micomp Uni意味著，即可以按照恒定濕度制備型砂，也可以按照恒定緊實率控制型砂。

2 Mipro在砂處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 硬件通訊網(wǎng)絡(luò)

鑄鍛公司工業(yè)園區(qū)二期項目初期沒有Mipro控制系統(tǒng)，混砂機(jī)系統(tǒng)安裝時采用Vedimat→Micomp Uni→Siemens S7(6ES7 138-4DF01-0AB0)的連接方式用于設(shè)備間的數(shù)據(jù)通訊。后新增Mipro控制系統(tǒng)，Mipro與各設(shè)備網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)連接圖

這樣可以通過Mipro豐富直觀的用戶界面顯示眾多工藝參數(shù)和曲線，另外可以通過局域網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)歸檔，其中造型線最關(guān)心的型砂質(zhì)量參數(shù)可以通過現(xiàn)場大屏幕LED屏實時展示，指導(dǎo)操作者隨時調(diào)整混砂配方，其顯示的數(shù)據(jù)分別是：混砂批次（batch of sand mixing）、水分含量（Content of water）、緊實率（Rate of packing）、濕壓強(qiáng)度（Green compression strength）。

2.2 Mipro與PLC數(shù)據(jù)通訊

圖4 通訊數(shù)據(jù)描述

圖4 是Mipro發(fā)送到PLC的數(shù)據(jù)循序和格式位數(shù)，PLC接收到這些數(shù)據(jù)后可以由Wincc的遠(yuǎn)程發(fā)布技術(shù)通過局域網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時可以通過現(xiàn)場大屏幕LED屏實時展示，方便現(xiàn)場操作者和工藝人員快速掌握實時信息。

以Mipro工控機(jī)為中心形成數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)，啟動 Mipro 控制系統(tǒng)、Micomp Uni、Vedimat后，發(fā)現(xiàn)Mipro控制系統(tǒng)不顯示Micomp Uni數(shù)據(jù)，LED屏除從PLC直接獲取的“混砂批次”數(shù)據(jù)正常顯示外，其他從Mipro獲取的數(shù)據(jù)都顯示為0。說明PLC沒有接收到Mipro發(fā)送的數(shù)據(jù)，可能的原因是數(shù)據(jù)接口或發(fā)送方式不匹配，檢查Mipro電腦和Siemens S7(6ES7 138-4DF01-0AB0)RS232端口設(shè)置正常[1]，見圖5和圖6。

研究發(fā)現(xiàn)，Micomp Uni、Vedimat參數(shù)中 C 參數(shù)中的C20和C35用于RS232端口設(shè)置，見圖7。

圖5 電腦端口設(shè)置

圖6 Siemens程序端口設(shè)置

圖7 參數(shù)說明

修改 Micomp Uni上的參數(shù) C20=3，C35=0，Mipro正常顯示Micomp Uni數(shù)據(jù)，但LED屏上仍不能顯示水分含量、緊實率濕壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，Micomp Uni上的 C（Durcker/Mipro） 連接到混砂機(jī) PLC系統(tǒng) 6ES7 138－4DF01－0AB0 接口模塊上時，6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈是持續(xù)閃爍的，這時混砂機(jī)配備的大屏幕LED屏顯示正常的數(shù)據(jù)；改為從Mipro電腦上的com5連接混砂機(jī)PLC系統(tǒng)6ES7 138－4DF01－0AB0 接口模塊后，6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈只在混砂期間短暫的亮了一下，混砂機(jī)配備的大屏幕LED屏不顯示數(shù)據(jù)。

用示波器檢測Sub－D的③腳TXD對⑤腳GND的輸出發(fā)現(xiàn)，混砂快結(jié)束時示波器接收到短暫的信號，此時6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈短暫的亮了一下。用示波器檢查其他端口，發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)修改Mipro上的參數(shù)時，COM3和COM4上能輸出信號。但是COM1接口則與COM3和4不同。COM1只有當(dāng)設(shè)備的混砂工序進(jìn)行完畢后，才能采捕到信號。為檢查Mipro的COM1是否正確的輸出了數(shù)據(jù)，通過“超級終端（Hyperterminal）”程序進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出測試?；焐敖Y(jié)束時收到數(shù)據(jù)，說明COM1正確的發(fā)送了數(shù)據(jù)，見圖8。

圖8 通訊界面

研究分析PLC程序，F(xiàn)C92通過調(diào)用FB2將數(shù)據(jù)從6ES7 138-4DF01-0AB0接收后保存到DB93，F(xiàn)C100通過調(diào)用 FC95將 DBB37-DBB42、DBB136-DBB141、DBB144-DBB149 的字串型變量轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)，然后分別寫入到PAW524、PAW526、PAW528，對應(yīng)LED屏顯示水分含量、緊實率、濕壓強(qiáng)度。

Siemens S7 (6ES7 138－4DF01－0AB0)RS232端口連接至Micomp uni接收數(shù)據(jù)時，LED屏正常顯示，DB93數(shù)據(jù)如圖，改為從Mipro接收后，LED屏顯示數(shù)據(jù)為0。

圖9 DB93數(shù)據(jù)

圖10 DB93數(shù)據(jù)

經(jīng)比較圖9、10發(fā)現(xiàn)，將Siemens S7(6ES7 138－4DF01－0AB0) 的連接方式從 Micomp Uni改為Mipro以后，所有的數(shù)據(jù)都下移了一個字節(jié)。

查看PLC控制程序FC137發(fā)現(xiàn)，程序只能將30～39范圍內(nèi)（ascⅡ碼，對應(yīng)數(shù)字 0－9）的數(shù)字型的字串型變量轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)。監(jiān)控FC100，DBB37 －DBB42、DBB136 －DBB141、DBB144 －DBB149的字串型變量不在30～39范圍內(nèi)（ascⅡ碼，對應(yīng)數(shù)字 0～9），轉(zhuǎn)換為雙整數(shù)出錯，PAW524、PAW526、PAW528為0，因此LED屏顯示水分含量、緊實率、濕壓強(qiáng)度為0。

對比Mipro數(shù)據(jù)輸出的協(xié)議，Mipro首先輸出了起始位和字符SE6EM2PR3,共占用了10個字節(jié)，從11個字節(jié)開始陸續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)代碼和數(shù)據(jù)，其中第11個和第12個字節(jié)發(fā)送的是配方代碼“R”“N”，而 Micomp Uni用于連接 PLC 時（C20=1，C35=1）的輸出協(xié)議可能是無起始位和起始字符的，相比Mipro多發(fā)送了一個參數(shù)，從10個字節(jié)才開始陸續(xù)發(fā)送配方等數(shù)據(jù)代碼和數(shù)據(jù)，第10個和第11個字節(jié)發(fā)送的是配方代碼“R”“5”。

通過修改西門子PLC控制程序（見圖11），以獲取正確的數(shù)據(jù)。

圖11 PLC程序

Mipro系統(tǒng)各設(shè)備及西門子PLC之間數(shù)據(jù)通訊正確后，Mipro控制系統(tǒng)可以實時準(zhǔn)確的顯示各設(shè)備的運行狀態(tài)、可以修改各設(shè)備全局和配方參數(shù)，以及相應(yīng)的故障確認(rèn)等操作，大屏幕LED屏顯示數(shù)據(jù)正常。

3 總結(jié)

本文研究了 Mipro系統(tǒng)（Mipro、Micomp Uni、Vedimat）與西門子PLC之間數(shù)據(jù)通訊問題。成功應(yīng)用于砂處理系統(tǒng)中，通過Mipro系統(tǒng)實現(xiàn)對KW混砂機(jī)、KW冷卻器以及LED生產(chǎn)信息可視化系統(tǒng)的監(jiān)控、校正配方參數(shù)等。通過增加一臺Mipro工業(yè)計算機(jī)，組成Mipro型砂控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個砂處理系統(tǒng)的系統(tǒng)控制，以及各設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和修改參數(shù)功能，管理人員在控制室中可以對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)了如指掌，并且可根據(jù)需要實時校正工藝參數(shù)，提高了生產(chǎn)線的自動化水平，生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量，減少了勞動力成本以及勞動強(qiáng)度。