規(guī)約協(xié)議的水泥散裝計(jì)量系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)范文

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摘要：本文針對(duì)散裝系統(tǒng)與管理系統(tǒng)傳統(tǒng)通訊方式中存在的實(shí)用性不高、服務(wù)器壓力大等問(wèn)題，提出了一種基于雙方規(guī)約協(xié)議的接口設(shè)計(jì)，利用PLC開(kāi)放式通信庫(kù)和函數(shù)將協(xié)議指令進(jìn)行解碼、編碼和交互，管理系統(tǒng)將富文本信息編碼后發(fā)送至散裝PLC，散裝PLC進(jìn)行解碼后顯示在操作界面上。實(shí)踐證明，基于規(guī)約協(xié)議的接口設(shè)計(jì)，既能降低管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載壓力，又能讓司機(jī)在無(wú)工廠人員情況下，掌握裝車(chē)動(dòng)態(tài)，且能在裝車(chē)異常時(shí)根據(jù)提示信息自行處理，避免車(chē)隊(duì)積壓和過(guò)度等待，提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和現(xiàn)代化管理。

關(guān)鍵詞：規(guī)約協(xié)議；水泥散裝；無(wú)人值守；富文本交互

0引言

在散裝水泥生產(chǎn)中，散裝計(jì)量系統(tǒng)是保障水泥發(fā)運(yùn)效率和現(xiàn)場(chǎng)管理無(wú)人化、智能化的關(guān)鍵設(shè)備。基于科里奧利力原理的水泥散裝計(jì)量系統(tǒng)作為散裝環(huán)節(jié)優(yōu)性?xún)r(jià)比設(shè)備，已廣泛運(yùn)用至新建或技改項(xiàng)目中。散裝計(jì)量系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用對(duì)于發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)的規(guī)范管理起到了關(guān)鍵作用，其優(yōu)越的計(jì)量精度為發(fā)運(yùn)的無(wú)人化管理提供了保障[1]。散裝計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量秤具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、占用空間小等特點(diǎn)，能夠適應(yīng)多種工藝環(huán)境要求。控制系統(tǒng)為西門(mén)子1200PLC+人機(jī)界面的控制方式。

1傳統(tǒng)散裝通訊接口及存在的問(wèn)題

目前，ModbusTcp和OPC成為工廠管理系統(tǒng)和散裝計(jì)量系統(tǒng)的主要通訊方式。OPC往往需要借助開(kāi)發(fā)商的服務(wù)程序。例如，西門(mén)子1200PLC則需要付費(fèi)安裝西門(mén)子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊軟件SIMATICNET來(lái)支持[2]。同時(shí)，管理系統(tǒng)需要開(kāi)發(fā)或引用付費(fèi)的OPCServer三方庫(kù)，如Kep⁃Server等，增加了硬件成本和開(kāi)發(fā)成本。ModbusTcp是一種能與普通以太網(wǎng)兼容的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放協(xié)議[3]，通過(guò)此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信，但其存在的不足有：（1）自適應(yīng)性差。協(xié)議相對(duì)固定，不能靈活傳輸富文本信息。例如，表1為某集團(tuán)采用的Mod⁃bus-Tcp對(duì)接變量表，從表中明顯看出，對(duì)于車(chē)牌號(hào)、裝車(chē)過(guò)程中異常信息等帶有中文字符的文本信息，顯得尤為不足。（2）Modbus只能訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路上的247個(gè)設(shè)備，限制了可以連接到主站的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)量，需要大量的配置和編程，開(kāi)發(fā)成本高[3]。

（3）Modbus是主/從協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與管理系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行“異常報(bào)告”，未經(jīng)授權(quán)的指令或數(shù)據(jù)無(wú)法屏蔽和忽略，容易造成網(wǎng)絡(luò)壓力大，較多的設(shè)備組態(tài)與開(kāi)發(fā)，導(dǎo)致服務(wù)器端運(yùn)行壓力高。

2面向散裝系統(tǒng)的規(guī)約協(xié)議接口設(shè)計(jì)

2.1網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)基于TCP/IP傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)，該協(xié)議是保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息及時(shí)、完整傳輸?shù)闹匾膮f(xié)議[4]。散裝系統(tǒng)CPU為西門(mén)子1200PLC，其內(nèi)部有可供直接調(diào)用的TCP通訊庫(kù)，通訊可靠性方面能得到保證。同時(shí)，該架構(gòu)具有如下特點(diǎn)：（1）收發(fā)貨管理系統(tǒng)為服務(wù)端，散裝PLC為客戶(hù)端，主動(dòng)與服務(wù)器建立連接，如圖3，通過(guò)規(guī)約協(xié)議交互信息，同時(shí)將通訊③部分的接口設(shè)計(jì)任務(wù)放在設(shè)備端，減輕管理系統(tǒng)服務(wù)器的開(kāi)發(fā)與負(fù)載壓力，便于管理人員維護(hù)。（2）讀卡器部分從收發(fā)貨系統(tǒng)中分離，直接與散裝PLC連接，PLC接收到卡號(hào)后通過(guò)①上傳至PLC，PLC再將卡號(hào)以通訊③規(guī)約協(xié)議上傳，將讀卡程序放在散裝PLC側(cè)，與管理系統(tǒng)隔離，降低了管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)壓力。（3）散裝PLC將管理系統(tǒng)編碼好的富文本信息解碼后通過(guò)②顯示在人機(jī)界面上，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音提醒設(shè)備、視頻引導(dǎo)等硬件的部署，降低硬件成本。

2.2規(guī)約協(xié)議

對(duì)照?qǐng)D2，其中通訊③分為散裝PLC發(fā)送端和接收端，發(fā)送端規(guī)約協(xié)議如圖4所示，由固定包頭+車(chē)道號(hào)+指令碼+內(nèi)容組成，以ASCII碼形式傳輸。PLC端通過(guò)圖3所示的組態(tài)和函數(shù)“Chars_TO_Strg”等進(jìn)行解碼。發(fā)送端的指令組成見(jiàn)表1，車(chē)道號(hào)根據(jù)實(shí)際散裝設(shè)備安裝點(diǎn)設(shè)定，指令碼根據(jù)裝車(chē)階段設(shè)定，如上傳車(chē)號(hào)、開(kāi)始裝車(chē)、結(jié)束裝車(chē)等。內(nèi)容部分為10個(gè)字節(jié)，裝車(chē)中以IC卡號(hào)（ASCII碼形式）作為標(biāo)識(shí)，裝車(chē)結(jié)束時(shí)，內(nèi)容為實(shí)際裝車(chē)的噸位數(shù)。接收端的規(guī)約協(xié)議如圖5所示。其中，車(chē)道號(hào)根據(jù)實(shí)際設(shè)備設(shè)定，指令碼用以區(qū)分允裝或不允裝狀態(tài)。內(nèi)容部分有89個(gè)字節(jié)組成，可充分顯示管理系統(tǒng)傳輸?shù)奈谋拘畔ⅰ?shù)據(jù)段根據(jù)指令碼進(jìn)行不同的解析，若為允裝指令，則內(nèi)容為車(chē)號(hào)、物料、班組、訂單等信息，不允裝時(shí)，為不允許裝車(chē)的原因。中文部分以GB2312字符串編碼，字符數(shù)字以ASCII編碼。此外，針對(duì)下位設(shè)備所有不符合規(guī)約協(xié)議的指令或者非對(duì)應(yīng)階段的無(wú)效指令，服務(wù)端均能自動(dòng)屏蔽，從而減小整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載壓力。讀卡器協(xié)議是使用UDP進(jìn)行通信，圖2中①。讀卡器主動(dòng)向PLC發(fā)送卡號(hào)，PLC無(wú)需實(shí)時(shí)檢測(cè)，利用通訊庫(kù)“TURCV”自動(dòng)接收信息并解析生成含有固定協(xié)議包頭、車(chē)道號(hào)、校驗(yàn)字節(jié)完整協(xié)議，上傳至收發(fā)貨系統(tǒng)。

3業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

讀卡器檢測(cè)到刷卡后可主動(dòng)向PLC發(fā)送只有8個(gè)字節(jié)UDP信息包，PLC獲取該信息后進(jìn)行解析和高低位字節(jié)轉(zhuǎn)換后，生成規(guī)約協(xié)議指令發(fā)送至服務(wù)端。服務(wù)器根據(jù)收到的規(guī)約協(xié)議后進(jìn)行處理，并將對(duì)比結(jié)果下發(fā)至PLC控制端。若為允許裝車(chē)：狀態(tài)非00，此時(shí)按照規(guī)約協(xié)議解析車(chē)號(hào)、物料、預(yù)裝量、最大預(yù)裝量；若為不允許裝車(chē)：此時(shí)為發(fā)送異常信息，裝車(chē)狀態(tài)為00，緊跟后面數(shù)據(jù)為異常信息（異常信息需要高低位轉(zhuǎn)換），解析后為不允許裝車(chē)原因（若干數(shù)量以?xún)?nèi)漢字）。PLC接收到指令后，根據(jù)允裝信息進(jìn)行解析，如果允許裝車(chē)，執(zhí)行裝車(chē)指令，并根據(jù)接收到的最大預(yù)裝量做數(shù)量限定；如果不允許裝車(chē)，解析成富文本顯示至操作屏上，供司機(jī)掌握裝車(chē)動(dòng)態(tài)。基于規(guī)約協(xié)議實(shí)現(xiàn)信息在刷卡端、散裝系統(tǒng)和管理系統(tǒng)間交互，通過(guò)解析，形成富文本交互信息機(jī)制，全過(guò)程及時(shí)掌握，提高生產(chǎn)效率，如圖6、7所示。司機(jī)確認(rèn)觸摸屏中的信息后，“開(kāi)始裝車(chē)”按鈕被使能，司機(jī)可點(diǎn)擊按鈕開(kāi)始裝車(chē)，同時(shí)PLC發(fā)送指令至服務(wù)器，開(kāi)始裝車(chē)（見(jiàn)圖8）。達(dá)到預(yù)裝數(shù)量后，系統(tǒng)停止裝車(chē)，PLC發(fā)送指令D上傳定量裝車(chē)設(shè)備計(jì)量系數(shù)，再發(fā)送指令E結(jié)束裝車(chē)，延時(shí)發(fā)送指令F，提交本次裝車(chē)重量。若生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)各散裝設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定系數(shù)調(diào)整時(shí)，則由管理系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算計(jì)量系數(shù)后，通過(guò)規(guī)約協(xié)議下發(fā)至PLC，PLC解析后對(duì)當(dāng)前系數(shù)加以調(diào)整。

4結(jié)論

本文提出的基于規(guī)約協(xié)議的散裝接口設(shè)計(jì)在宜春紅獅、景谷紅獅等水泥廠應(yīng)用效果明顯。該系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)司機(jī)的自助裝車(chē)和水泥廠的無(wú)人值守，也為司機(jī)提供詳細(xì)的裝車(chē)信息和異常提示，既方便了現(xiàn)場(chǎng)管理，也為水泥廠運(yùn)維管理上提供了便利。此外，高效率、高可靠、高實(shí)時(shí)性的規(guī)約協(xié)議傳輸既降低了運(yùn)行系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)壓力和負(fù)載壓力，也為工廠管理系統(tǒng)降低了開(kāi)發(fā)成本，提供了維護(hù)上的便利。

參考文獻(xiàn)

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作者：王亞峰 單位：中建材（合肥）機(jī)電工程技術(shù)有限公司