拉边机控制系统的两种通讯方式比较

许新林,杨华龙

(蚌埠凯盛工程技术有限公司,蚌埠233010)

浮法玻璃的锡槽工艺为玻璃液浮动在锡液上面成型,在表面张力和重力的作用达到平衡时,玻璃液在锡液面上形成自然厚度约7 mm 的玻璃带。适当增加拉引力(即退火窑拉引速度),可使玻璃带沿纵向被拉伸,厚度逐渐减薄,宽度也相应收缩,在不增加其它措施的情况下,可以比较容易生产出厚度5～6 mm 的玻璃。但拉引更薄或者更厚的玻璃就存在一定困难,在拉薄和堆积的过程中,拉力使玻璃厚度减薄或者增加,而表面张力有使玻璃增厚、带宽收缩的趋势。所以,要使拉薄或者堆积过程有效、顺利地进行,必须选择拉薄的适宜粘度和采取合理的工艺参数。

拉薄采用的温度制度有重新加热法和徐冷法两种。目前普遍采用徐冷法,玻璃冷却到一定温度后,进入拉薄区拉薄。在拉薄区设置拉边机并控制其速度,利用拉边机的节流作用,阻止向抛光区传递。浮法玻璃拉边机控制系统是通过拉边轮牵引在锡液上面的玻璃带前进,通过调整拉边轮的线速度及水平摆角、平面倾角,用来达到控制玻璃带前进以达到需要的厚度同时使玻璃带稳定的目的。

拉边机操作的数值监控实时性和操作的快速性在生产中尤为重要,特别是在多对拉边机使用的情况下,如果无法将下位数据及时上传给上位控制系统,就会出现数值上传缓慢而导致所调节对应的拉边机滞后于自己实际所需要达到的效果,就可能会引起拉边机轮脱边,那么就需要新的一轮调节。

该文对拉边机控制系统两种常用通讯方式的组态方式、编程方式、通讯模式进行对比,对两种通讯方式做一个阐述。

1 组态方式

基于西门子300PLC所选用的常用315-2DP型CPU,组态分为两个部分,一是主CPU 中进行组态,二是对应主CPU 还需要对分CPU 进行组态。在主从CPU 间进行通讯方式中选择Profibus-DP和MPI两种方式来进行说明和阐述。

1.1 Profibus-DP通讯方式的组态

采用Profibus-DP 进行通讯,所需要的配置:带有Profibus-DP 通讯口的315-2DP 型CPU 作为主站CPU；313-2C型CPU 同时添加扩展卡CP342-5扩展模块作为通讯从站；Profibus总线连接器以及电缆。

在主站CPU 中将从站的CPU 生成为一个西门子本身的GSD 文件,然后将从站组态到Profibus-Dp通讯网络下面,如图1所示共组态了16个从站,每一个从站和主站之间都有自己的通讯地址,将主站所需发送给从站的命令和从站反馈给主站的通讯信息,通过组态通讯地址对应的字节传输给对方。这样就能够实时的进行信息传输,然后在程序中对相互传输的信息进行处理,对不同的内容进行不同的处理,将所传输的问题解决,采用这样的传输,传输的速率最快能够达到12 Mb/s。考虑到通讯的距离以及通信的数据量,在通常情况下采用1.5 Mb/s就足够实现网络信息的实时性传输了。

采用Profibus-DP通讯方式的从站,只要将所需的扩展连接卡CP342-5模块连接上即可,自身生成的GSD 文件只要安装在主PLC中,在主PLC的DP通讯网络下面将从站组态安装上,再将从站里面所组态的扩展模块设置与主站对应长度的通讯字节数,即可实现数据的通讯交互,在组态地址列表中能够看到CP342-5模块组态的字节为288～303,那么对应的主站PLC中需要组态对应的长度为6个字节,设置一个可用的地址用来与从站进行通讯。从站同时还具有一个很重要的任务,将现场的所有驱动装置的实时位置、运行状态、以及现场类似于水温水压等所有信息采集进入从CPU,同时将这些信息传输给上位系统,让上位系统操作人员通过这些信息来判断当前所需做出的处理和应对方式。

1.2 MPI通讯方式的组态

采用MPI进行通讯,所需要的配置:带有MPI通讯口的315-2DP型CPU 作为主站CPU；带有MPI通讯口的315-2DP型CPU 作为通讯从站；Profibus总线连接器以及电缆。

采用MPI通讯方式的主站CPU 组态比较方便,无需在硬件回路上对从站CPU 进行什么组态,所有信息的传输都是在主PLC中通过“SFC68的X_PUT”系统功能块来虚拟调用实现主PLC和从PLC之间的数据传输。这种没有硬件通讯模块的通讯方式通常速度比较慢,采用这种虚拟调用的通讯方式最高的通讯速度只能够到达187.5 kb/s,而且传输的数据量相对于Profibus-DP通讯数据量要少很多。采用这种方式进行主从CPU 通讯时,主CPU 中通过虚拟调用组态的从CPU 数量比较少,如果组态的从站超过MPI通讯网络所能处理的数量后,会引起网络延迟滞后。也就是当你在主CPU 中发出一个指令后,从站CPU 不能够实时收到主站CPU 传输过来的信息,执行主CPU 的指令延迟比较严重,同时反馈给主CPU 的信息也会出现滞后,经过验证,当所组对数大于10个从站时,就比较容易产生通讯滞后的情况。

通过MPI方式通讯时,从站同样所做的处理比较简单,没有扩展模块的使用,那么在组态的情况本身不需要考虑对应的通讯字节,也不用对其进行组态。只是在使用主CPU 发过来的信息时,所需使用的地址是在主PLC已经定义好了,只需要按照主CPU 中定义的地址进行使用即可。同时当有需要传输给主CPU 信息时,也是通过虚拟调用的方式,将自身的信息、现场采集的信息传输给主CPU。在这种通讯方式下从站也是通过Profibus-DP的方式与下位驱动装置、以及现场传感器进行通讯,将现场的数据采集进入从站CPU然后传输给主CPU。

2 通讯对应程序的说明

程序处理通常分为两个部分,一个是在主PLC 中做出对从PLC 发出指令的处理,另外一种就是在从PLC中做出对主PLC信息接收的处理。当采用的通讯方式不一样时,所需采用的程序也不一样。

2.1 Profibus-DP通讯方式程序说明

在采用Profibus-DP通讯方式时,在主CPU 中对从站进行了硬件模块组态,并填写了映射的地址,那么在主CPU 中只要将所需发出的指令程序编写完成即可,无需做其他程序处理。在从CPU 中需要添加对应的“DP_Receive”系统功能块来接收主程序传输过来的信息。图2为从站CPU 所调用的系统功能块,其中CPLADDR 代表的是本身从站模块与主站CPU 通讯的地址；RECV 代表的是从站接收主站的数据输入区,图2中显示与主站通讯字节长度为4,从I10.0为初始位置进行计算；NDR 为接收完成一次产生一个脉冲,可将这个信息回传给主CPU 告知从站是否在实时接收；ERROR 表示错误位,产生错误时会产生置1信号,用来告知是否有错误信号的产生；STATUS是指示在使用这个通讯块时,所处的状态提示的状态字,DPSTATUS是用来反馈与主CPU 进行通讯所出现的状态字,通过这个状态字的反馈可以查状态代码得知通讯是处于正常传输状态还是处于故障状态,如果处于故障状态通过代码来得知解决的方法。

2.2 MPI通讯方式程序说明

通过MPI方式进行通讯数据传输时,主CPU 以及从CPU 都没有相应的硬件模块需要组态,所采取的数据传输方式都是使用虚拟调用的方式。所调用的系统功能块主要是在主CPU 的程序块中完成,在主CPU 程序中关于每一个从CPU 都需要进行一次系统功能块的调用,每一个系统功能块的调用对应一个分CPU,并与对应的分CPU 进行数据的交互。那么在主程序中需要完成指令程序的编写,也需要完成调用程序的编写。调用的“X_PUT”系统功能块如图3所示,图3截取的是与其中两个分CPU 进行通讯的程序块。在图3所示的程序中,REQ 为数据发送请求位,只有在该变量为1时数据才能够正常的传输；CONT 表达发送的数据是否为一个整体,正常情况下将其置1,作为连续整体传输即可；DEST_ID 为从站CPU 在本身组态时对应的MPI地址,在从站组态时设置的MPI地址一定要与这里所写的地址一致,否则无法连接；VAR_ADDR 为从站CPU 接收的起始地址和接收的字节长度；在从站中需要读取主站的指令内容就在这个地址范围内查找；SD 表述的是主站发给对应从站CPU 内容的起始地址以及通讯字节长度,发送的长度要与接收的长度一致,发送的内容才能够准确的在对应的从站地址中显示；RET_VAL 显示的是发送的状态字,是提示当前发送处于何种状态,如果发送失败的话,也会将发送失败的代码显示在这个内容中,通过查询代码来解决相应的问题；BUSY 表示发送的进程,当为1时表达正在发送内容,为0时是空闲状态。在程序运行状态下,监控程序,当有数据传输时能够观察到这个数据位在1和0中间不停的切换。

3 两种通讯方式的比较

3.1 Profibus-DP通讯方式

通过Profibus-DP的通讯,传输的速度快,实时响应性好,能够组态的从站数量多,并且组态较多的从站时,不会出现通讯中断滞后的现象。因为通过实际的硬件模块进行通讯,通讯状态较为稳定,只要不是硬件模块出现问题,或者是指令程序编写错误,主站CPU 所有的信息内容都能够准确的到达从站CPU,不存在延迟滞后或者丢失通讯数据包的事件。所存在的难点是在通讯中组态硬件模块较为麻烦,要将从站CPU正确的生成GSD 文件才能够将其组态进入主站CPU 的DP通讯网络上面,然后才能实现与从站CPU 进行通讯。在程序处理这一块相对于MPI较为简单,只要在从站CPU 中按照硬件组态的地址填写就可以读取到主站传输过来的信息。同时采用这种通信方式需要额外的增加CP342-5通讯扩展卡件,这样也增加项目执行的成本,增加通讯组态难度,增加工作的内容,不过能够很稳定的进行数据传输,保证传输内容的实时、准确、快速。

3.2 MPI通讯方式简述

MPI通讯方式,在主站CPU 连接数量较少的从站CPU 时也能够实现数据传输的实时性,但当通讯的从站CPU 数量过多时就会出现传输延时滞后的现象,严重时甚至出现通讯中断的情况,这样势必会影响正常的生产,给生产带来巨大的隐患。这种通讯方式相对于编程者来说操作简单,不需要进行什么额外的通讯模块组态,只需要调用对应系统功能块来进行数据的传输即可。使用MPI这种通讯方式进行通讯时,程序的编辑会稍难于DP的通讯方式。在生产中对于从站CPU 数量没有那么多的时候,可以采用这种通讯方式,这样可以减少通讯组态的麻烦,也能够节约一定量的成本,同时也不影响数据传输的实时性。

4 结 语

在实际使用中,当所需要的拉边机对数较少时,那么所需通讯从站数量也相对较少,这时可以使用MPI通讯方式,在通讯从站数量少的情况下,MPI通讯方式能够满足数据传输的实时性的需求。通讯的从站数量不多,不会存在数据丢包现象,也能够减少编程者的工作内容,减少项目成本,减少通讯的硬件故障节点。如果在实际生产中所需要生产超薄或者超厚玻璃时,那么所需要的拉边机数量较多,所需要通讯的从站数量较多。这时为了生产稳定性考虑,优先选择Profibus-DP 通讯方式。在通讯数量较多的情况下,通过这种DP的通讯方式能够实现数据传输的实时性、准确性和快速性,也能够保证通讯数据不丢包。使用这种通讯方式虽然给编程者增加一定的难度,但是能够保证生产的稳定。

通过对两种通讯方式的比较,可以得出在通讯从站数量少,传输内容少的时候选择MPI通讯；当通讯数量多,传输数据内容多时选择Profibus-DP通讯方式。