基于現(xiàn)場總線的程序測試模擬設(shè)備

丁孟喜

摘 要：隨著市場需求水平的提高及輸送機(jī)設(shè)備的發(fā)展，實(shí)踐中需要自動(dòng)化程度更高輸送機(jī)設(shè)備以提高效率，這促使相應(yīng)的控制程序也更為復(fù)雜。本文的內(nèi)容主要是在此背景之下，基于現(xiàn)場總線程序的測試模擬系統(tǒng)設(shè)備的研究，本人以自身實(shí)踐的角度對此設(shè)備進(jìn)行了創(chuàng)新，以此來測試輸送機(jī)設(shè)備控制程序的可行性，希望通過本文的研究能夠讓此測試模擬系統(tǒng)設(shè)備的信息對輸送機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展有所助益。同時(shí)，也體現(xiàn)了對輸送機(jī)設(shè)備應(yīng)用的生產(chǎn)領(lǐng)域提供的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：程序測試 模擬設(shè)備 自動(dòng)化 輸送機(jī)設(shè)備

1 技術(shù)背景

輸送機(jī)設(shè)備本身價(jià)格昂貴，且輸送機(jī)線體較長，致使在設(shè)備運(yùn)行時(shí)容易出現(xiàn)失誤，因此其調(diào)試工作不容有失。以往的調(diào)試工作，在施工安裝后才能進(jìn)行。如此，輸送機(jī)設(shè)備的調(diào)試周期及程序都難以得到保障。雖然配備了專業(yè)人員對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行觀察，以便及時(shí)調(diào)整程序錯(cuò)誤，減少了程序失誤的可能性，但是這樣的操作需要投入大量的人力，且花費(fèi)時(shí)間較多也不能完全避免失誤，工程成本很高。為此，創(chuàng)新輸送機(jī)設(shè)備調(diào)試方法是必然之舉，也是提高工程質(zhì)量和效率，減少成本的有效方法。

現(xiàn)場總線是聯(lián)系現(xiàn)場設(shè)備、儀表與自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)三者的數(shù)據(jù)總線，具有雙相通信、串行和多點(diǎn)等特征，并由此構(gòu)成了雙向的數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)，將現(xiàn)場裝置與控制系統(tǒng)有效連接。當(dāng)前，針對應(yīng)用需求開發(fā)出了多種為多設(shè)備間提供通信的現(xiàn)場總線，如Interbus、DeviceNet、Arcnet等?？傊?，現(xiàn)場總線是一個(gè)開放性的協(xié)議。

控制程序隨著輸送機(jī)設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展。目前，輸送設(shè)備的自動(dòng)化程度越來越高，相應(yīng)的控制程序也更為復(fù)雜，使得設(shè)備調(diào)試工作任務(wù)越來越多。一定程度上，控制程序的優(yōu)化有助于輸送機(jī)設(shè)備效能的有效發(fā)揮。因此，相應(yīng)的程序測試模擬系統(tǒng)設(shè)備開發(fā)十分必要。

從控制程序的編制上看，變送器和傳感器等故障信息為人身安全、設(shè)備安全提供了很好的保障。但是在實(shí)踐中，遭遇的故障信息是很難預(yù)料的，使得控制程序之外的故障信息控制有一定的困難，需要更精確的檢測。

輸送機(jī)設(shè)備的運(yùn)行是按照設(shè)計(jì)要求完成的，因此控制程序的作用就是保障其依照此步驟運(yùn)行。輸送機(jī)設(shè)備龐大，部件精密，調(diào)試人員在進(jìn)行工作時(shí)做出準(zhǔn)確而直接的判斷比較困難。這要求新的控制程序融合直觀和簡潔的調(diào)試特點(diǎn)，有所完善。

2 技術(shù)革新

本文的研究則是針對上文所述輸送機(jī)設(shè)備控制程序的問題進(jìn)行。在下面的闡述中主要介紹了檢測程序的優(yōu)化方案，并說明了程序從工業(yè)現(xiàn)場向工作平臺轉(zhuǎn)移的檢測和完善過程。

本文中的工作平臺將現(xiàn)場設(shè)備的模擬運(yùn)行、故障測試和檢測控制程序等組成一個(gè)系統(tǒng)，并利用總線Profitbus、NET/H、Interbus相連接，以此將控制PLC、觸摸屏之間的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交換。

2.1 工作平臺的構(gòu)成

3臺觸摸屏、2套控制PLC構(gòu)成了本工作平臺。其中，PLC分別執(zhí)行了以下任務(wù)：

（1）對工業(yè)現(xiàn)場的接觸器、傳感器和閥門等相關(guān)信息進(jìn)行采集，以此為依據(jù)輸出信號，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)與汽缸動(dòng)作的控制。是一個(gè)控制程序。

（2）模擬輸送機(jī)設(shè)備運(yùn)行所需的模擬程序，其輸入信號由控制程序的輸出信號構(gòu)成。

3臺觸摸屏的任務(wù)：

（1）收集與輸入機(jī)設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的信息，對故障點(diǎn)、診斷信息、傳感器狀態(tài)等進(jìn)行記錄。

（2）對電機(jī)和汽缸等的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，以此實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)線體上產(chǎn)品載體的運(yùn)行位置監(jiān)督。

（3）對工業(yè)現(xiàn)場的控制柜和操作盒涉及的操作按鈕進(jìn)行模擬。本套測試平臺的設(shè)計(jì)思路是將輸入信號設(shè)置為PLC的輸出信號，輸出信號設(shè)置為實(shí)踐中PLC的輸入信號。因此，本工作臺采用的觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場輸送機(jī)控制信號的強(qiáng)制輸出。

2.2 技術(shù)優(yōu)勢

以往的程序調(diào)試工作，需要將設(shè)備安裝完成后才能進(jìn)行。公司必須要提前采購設(shè)備安裝所需的元器件（汽缸、電機(jī)、傳感器等）、現(xiàn)場接線盒和操作盒、電纜等，以此來保障工業(yè)現(xiàn)場各個(gè)模塊與PLC系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)測試。這樣一個(gè)過程所需要投入的人力物力和財(cái)力成本很高，影響了公司的效益。

而本文所涉及的工作平臺利用了3臺觸摸屏和2套控制PLC就滿足了測試工作所需的條件，優(yōu)化了測試的事前準(zhǔn)備工作，使得工作更為便捷。此外，對測試控制程序不同信號之間的接收和搜集也獲取了數(shù)量更大、質(zhì)量更高的設(shè)備信息。公司在調(diào)試工作之前，無需在工業(yè)現(xiàn)場安裝測試所需的接線盒和操作盒、電纜等，大大地降低了測試所需的成本，其應(yīng)用范圍和靈活性也更高。

在工業(yè)現(xiàn)場，輸送機(jī)設(shè)備的測試工作有時(shí)需要2條相關(guān)的設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，使得調(diào)試工作更為復(fù)雜。而本工作平臺所涉及的技術(shù)只需要增加1套控制PLC就可以實(shí)現(xiàn)2條輸送機(jī)設(shè)備同時(shí)測試，擴(kuò)展性能好。一套用以在工業(yè)現(xiàn)場獲取變送器和傳感器等的狀態(tài)信號，并通過信號輸出對電機(jī)和汽缸動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制;另一套則記錄診斷信息、故障點(diǎn)等觸摸屏信息，現(xiàn)實(shí)輸送機(jī)設(shè)備的運(yùn)行信息等。在本技術(shù)的支持之下，兩套控制PLC可以通過NET/H總線完成工業(yè)現(xiàn)場的通信連接。

2.3 本實(shí)用新型技術(shù)的各組成設(shè)備的主要工作原理

本技術(shù)需要3套觸摸屏和2套控制PLC以及三條現(xiàn)場總線（NET/H、Profitbus、Interbus）支持，可以幫助完成實(shí)體設(shè)備的模擬運(yùn)行。由此，構(gòu)成了檢測和完善的控制程序，能夠模擬出多種故障。

（1）Profitbus主要負(fù)責(zé)地1臺觸摸屏、第1套控制PLC間的通信連接。在觸摸屏上，現(xiàn)場所涉及的電機(jī)、變送器、傳感器等元器件的狀態(tài)得以顯示，可以清晰直觀的觀察到各個(gè)軟件元件狀態(tài)、計(jì)數(shù)的情況。

控制程序的執(zhí)行與控制PLC系統(tǒng)相關(guān)。后者在第2套控制PLC相關(guān)基礎(chǔ)之上，借助NET/H現(xiàn)場總線完成信號傳輸，實(shí)現(xiàn)與第1臺觸摸屏的通信連接。

（2）兩套控制PLC的通信連接共同構(gòu)成了控制創(chuàng)新執(zhí)行和異常故障報(bào)出的條件。換而言之，工業(yè)現(xiàn)場輸送機(jī)設(shè)備的運(yùn)行可以通過工作平臺的指令進(jìn)行，而工作平臺可以采集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

（3）第2套控制PLC和第3臺觸摸屏可以實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場控制柜和操作盒操作按鈕的控制，并完成信號輸入和輸出，亦或是屏蔽信號等模擬步驟。同時(shí)，兩者與第1套控制PLC通過現(xiàn)場總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，提高了輸送機(jī)設(shè)備的工作效率，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場操作相同的目標(biāo)。

此外，第2套控制PLC和第3臺觸摸屏也與第2臺觸摸屏通過現(xiàn)場總線有所連接。其作用在于利用第2臺觸摸屏實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)線體產(chǎn)品載體、輸送機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視，使得觀察工作更為便捷，效果呈現(xiàn)更為直觀。

（4）由于第2臺觸摸屏可以對電機(jī)和汽缸運(yùn)行狀態(tài)及產(chǎn)品載體的運(yùn)行位置同時(shí)進(jìn)行展示，因此相較于傳統(tǒng)的調(diào)試模式更為直觀，而其執(zhí)行情況也決定了監(jiān)視的效果。第2臺觸摸屏的作用得益于其與第1套控制PLC和第3臺觸摸屏間有通信連接，明了控制程序執(zhí)行情況和操作按鈕的操作情況，能夠全面的了解現(xiàn)場運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)模擬。這一技術(shù)也使得信息更為集中，監(jiān)視無死角。

（5）現(xiàn)場控制柜和操作盒的操作按鈕由第3臺觸摸屏顯示。該觸摸屏可以發(fā)出強(qiáng)制信號，用以形成控制出現(xiàn)輸出信號的條件，測試程序運(yùn)行過程中由于編制問題所導(dǎo)致的異常故障。該觸摸屏的輸出信號為第1套控制PLC的輸入信號。

在第3臺觸摸屏上，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場控制柜和操作盒的操作控制。線體啟動(dòng)、故障復(fù)位、手動(dòng)操作等都更加方便。該觸摸屏連接了控制PLC，借助第2套控制PLC實(shí)現(xiàn)與第1套的數(shù)據(jù)交換，并將搜集到的元器件狀態(tài)在2臺觸摸屏中進(jìn)行顯示。

本模擬系統(tǒng)囿于數(shù)據(jù)線插孔限制（CPU上只有1個(gè)Profitbus），故配置了H網(wǎng)模塊，各個(gè)設(shè)備間的通信也借助兩條現(xiàn)場總線完成（NET/H和Interbus）。

3 效果評價(jià)

經(jīng)過一系列的測試，本程序測試模擬方案相較于原有的測試方案更為經(jīng)濟(jì)、安全、可靠，更為先進(jìn)，符合輸送機(jī)設(shè)備發(fā)展的要求。特別是測試模擬技術(shù)中對現(xiàn)場總線的靈活應(yīng)用，克服了設(shè)備一對多數(shù)據(jù)通信的難題。同時(shí)本程序測試模擬方案也使得程序測試工作直觀便捷，方便了工作人員操作，有效避免了程序執(zhí)行失誤情況的發(fā)生。

在本文對程序測試模擬系統(tǒng)方案的闡述中可以得知，程序測試相較于原來更為先進(jìn)智能，有效降低了人為調(diào)試的錯(cuò)誤，對減少程序執(zhí)行失誤有現(xiàn)實(shí)意義。其中，測試控制程序能夠通過與異常故障對應(yīng)的反應(yīng)完善程序。以此可知，本技術(shù)對生產(chǎn)領(lǐng)域有效能的提高有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪東省.在國家創(chuàng)新體系中探索物流設(shè)備工程的技術(shù)創(chuàng)新模式.2008第六界中國工業(yè)企業(yè)物流論壇.

[2]趙祥模，郭曉汾，徐志剛，馬建.汽車檢測控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù).《交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)》.被中信所《中國科技期刊引證報(bào)告》收錄ISTIC.被北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》收錄PKU.2006年1期.