規(guī)約協(xié)議的水泥散裝計量系統(tǒng)接口設計范文

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摘要：本文針對散裝系統(tǒng)與管理系統(tǒng)傳統(tǒng)通訊方式中存在的實用性不高、服務器壓力大等問題，提出了一種基于雙方規(guī)約協(xié)議的接口設計，利用PLC開放式通信庫和函數(shù)將協(xié)議指令進行解碼、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進行解碼后顯示在操作界面上。實踐證明，基于規(guī)約協(xié)議的接口設計，既能降低管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡及負載壓力，又能讓司機在無工廠人員情況下，掌握裝車動態(tài)，且能在裝車異常時根據(jù)提示信息自行處理，避免車隊積壓和過度等待，提高了系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和現(xiàn)代化管理。

關鍵詞：規(guī)約協(xié)議；水泥散裝；無人值守；富文本交互

0引言

在散裝水泥生產(chǎn)中，散裝計量系統(tǒng)是保障水泥發(fā)運效率和現(xiàn)場管理無人化、智能化的關鍵設備?；诳评飱W利力原理的水泥散裝計量系統(tǒng)作為散裝環(huán)節(jié)優(yōu)性價比設備，已廣泛運用至新建或技改項目中。散裝計量系統(tǒng)的廣泛運用對于發(fā)運環(huán)節(jié)的規(guī)范管理起到了關鍵作用，其優(yōu)越的計量精度為發(fā)運的無人化管理提供了保障[1]。散裝計量系統(tǒng)計量秤具有結構緊湊、安裝方便、占用空間小等特點，能夠適應多種工藝環(huán)境要求?？刂葡到y(tǒng)為西門子1200PLC+人機界面的控制方式。

1傳統(tǒng)散裝通訊接口及存在的問題

目前，ModbusTcp和OPC成為工廠管理系統(tǒng)和散裝計量系統(tǒng)的主要通訊方式。OPC往往需要借助開發(fā)商的服務程序。例如，西門子1200PLC則需要付費安裝西門子工業(yè)網(wǎng)絡通訊軟件SIMATICNET來支持[2]。同時，管理系統(tǒng)需要開發(fā)或引用付費的OPCServer三方庫，如Kep⁃Server等，增加了硬件成本和開發(fā)成本。ModbusTcp是一種能與普通以太網(wǎng)兼容的標準開放協(xié)議[3]，通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通信，但其存在的不足有：（1）自適應性差。協(xié)議相對固定，不能靈活傳輸富文本信息。例如，表1為某集團采用的Mod⁃bus-Tcp對接變量表，從表中明顯看出，對于車牌號、裝車過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只能訪問一個數(shù)據(jù)鏈路上的247個設備，限制了可以連接到主站的現(xiàn)場設備的數(shù)量，需要大量的配置和編程，開發(fā)成本高[3]。

（3）Modbus是主/從協(xié)議，現(xiàn)場設備與管理系統(tǒng)無法進行“異常報告”，未經(jīng)授權的指令或數(shù)據(jù)無法屏蔽和忽略，容易造成網(wǎng)絡壓力大，較多的設備組態(tài)與開發(fā)，導致服務器端運行壓力高。

2面向散裝系統(tǒng)的規(guī)約協(xié)議接口設計

2.1網(wǎng)絡架構設計

系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖2所示，系統(tǒng)基于TCP/IP傳輸協(xié)議設計，該協(xié)議是保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)信息及時、完整傳輸?shù)闹匾膮f(xié)議[4]。散裝系統(tǒng)CPU為西門子1200PLC，其內(nèi)部有可供直接調(diào)用的TCP通訊庫，通訊可靠性方面能得到保證。同時，該架構具有如下特點：（1）收發(fā)貨管理系統(tǒng)為服務端，散裝PLC為客戶端，主動與服務器建立連接，如圖3，通過規(guī)約協(xié)議交互信息，同時將通訊③部分的接口設計任務放在設備端，減輕管理系統(tǒng)服務器的開發(fā)與負載壓力，便于管理人員維護。（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接收到卡號后通過①上傳至PLC，PLC再將卡號以通訊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②顯示在人機界面上，無需現(xiàn)場語音提醒設備、視頻引導等硬件的部署，降低硬件成本。

2.2規(guī)約協(xié)議

對照圖2，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+車道號+指令碼+內(nèi)容組成，以ASCII碼形式傳輸。PLC端通過圖3所示的組態(tài)和函數(shù)“Chars_TO_Strg”等進行解碼。發(fā)送端的指令組成見表1，車道號根據(jù)實際散裝設備安裝點設定，指令碼根據(jù)裝車階段設定，如上傳車號、開始裝車、結束裝車等。內(nèi)容部分為10個字節(jié)，裝車中以IC卡號（ASCII碼形式）作為標識，裝車結束時，內(nèi)容為實際裝車的噸位數(shù)。接收端的規(guī)約協(xié)議如圖5所示。其中，車道號根據(jù)實際設備設定，指令碼用以區(qū)分允裝或不允裝狀態(tài)。內(nèi)容部分有89個字節(jié)組成，可充分顯示管理系統(tǒng)傳輸?shù)奈谋拘畔?。?shù)據(jù)段根據(jù)指令碼進行不同的解析，若為允裝指令，則內(nèi)容為車號、物料、班組、訂單等信息，不允裝時，為不允許裝車的原因。中文部分以GB2312字符串編碼，字符數(shù)字以ASCII編碼。此外，針對下位設備所有不符合規(guī)約協(xié)議的指令或者非對應階段的無效指令，服務端均能自動屏蔽，從而減小整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡和負載壓力。讀卡器協(xié)議是使用UDP進行通信，圖2中①。讀卡器主動向PLC發(fā)送卡號，PLC無需實時檢測，利用通訊庫“TURCV”自動接收信息并解析生成含有固定協(xié)議包頭、車道號、校驗字節(jié)完整協(xié)議，上傳至收發(fā)貨系統(tǒng)。

3業(yè)務流程實現(xiàn)與應用

讀卡器檢測到刷卡后可主動向PLC發(fā)送只有8個字節(jié)UDP信息包，PLC獲取該信息后進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)送至服務端。服務器根據(jù)收到的規(guī)約協(xié)議后進行處理，并將對比結果下發(fā)至PLC控制端。若為允許裝車：狀態(tài)非00，此時按照規(guī)約協(xié)議解析車號、物料、預裝量、最大預裝量；若為不允許裝車：此時為發(fā)送異常信息，裝車狀態(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原因（若干數(shù)量以內(nèi)漢字）。PLC接收到指令后，根據(jù)允裝信息進行解析，如果允許裝車，執(zhí)行裝車指令，并根據(jù)接收到的最大預裝量做數(shù)量限定；如果不允許裝車，解析成富文本顯示至操作屏上，供司機掌握裝車動態(tài)?；谝?guī)約協(xié)議實現(xiàn)信息在刷卡端、散裝系統(tǒng)和管理系統(tǒng)間交互，通過解析，形成富文本交互信息機制，全過程及時掌握，提高生產(chǎn)效率，如圖6、7所示。司機確認觸摸屏中的信息后，“開始裝車”按鈕被使能，司機可點擊按鈕開始裝車，同時PLC發(fā)送指令至服務器，開始裝車（見圖8）。達到預裝數(shù)量后，系統(tǒng)停止裝車，PLC發(fā)送指令D上傳定量裝車設備計量系數(shù)，再發(fā)送指令E結束裝車，延時發(fā)送指令F，提交本次裝車重量。若生產(chǎn)過程中，需要對各散裝設備進行標定系數(shù)調(diào)整時，則由管理系統(tǒng)自動計算計量系數(shù)后，通過規(guī)約協(xié)議下發(fā)至PLC，PLC解析后對當前系數(shù)加以調(diào)整。

4結論

本文提出的基于規(guī)約協(xié)議的散裝接口設計在宜春紅獅、景谷紅獅等水泥廠應用效果明顯。該系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了現(xiàn)場司機的自助裝車和水泥廠的無人值守，也為司機提供詳細的裝車信息和異常提示，既方便了現(xiàn)場管理，也為水泥廠運維管理上提供了便利。此外，高效率、高可靠、高實時性的規(guī)約協(xié)議傳輸既降低了運行系統(tǒng)的網(wǎng)絡壓力和負載壓力，也為工廠管理系統(tǒng)降低了開發(fā)成本，提供了維護上的便利。

參考文獻

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[3]謝景一.基于Modbus/RTU通信協(xié)議的工業(yè)控制系統(tǒng)[J].信息技術，2019,43(4):121-123,127

[4]巫強.計算機網(wǎng)絡中TCP/IP傳輸協(xié)議的時效性研究[J].電腦知識與技術,2019,15(01):57-58.

作者：王亞峰 單位：中建材（合肥）機電工程技術有限公司