規約協議的水泥散裝計量系統接口設計范文
本站小編為你精心準備了規約協議的水泥散裝計量系統接口設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。
摘要：本文針對散裝系統與管理系統傳統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約協議的接口設計，利用PLC開放式通信庫和函數將協議指令進行解碼、編碼和交互，管理系統將富文本信息編碼后發送至散裝PLC，散裝PLC進行解碼后顯示在操作界面上。實踐證明，基于規約協議的接口設計，既能降低管理系統的網絡及負載壓力，又能讓司機在無工廠人員情況下，掌握裝車動態，且能在裝車異常時根據提示信息自行處理，避免車隊積壓和過度等待，提高了系統的生產效率和現代化管理。
0引言
在散裝水泥生產中，散裝計量系統是保障水泥發運效率和現場管理無人化、智能化的關鍵設備。基于科里奧利力原理的水泥散裝計量系統作為散裝環節優性價比設備，已廣泛運用至新建或技改項目中。散裝計量系統的廣泛運用對于發運環節的規范管理起到了關鍵作用，其優越的計量精度為發運的無人化管理提供了保障[1]。散裝計量系統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境要求。控制系統為西門子1200PLC+人機界面的控制方式。
1傳統散裝通訊接口及存在的問題
目前，ModbusTcp和OPC成為工廠管理系統和散裝計量系統的主要通訊方式。OPC往往需要借助開發商的服務程序。例如，西門子1200PLC則需要付費安裝西門子工業網絡通訊軟件SIMATICNET來支持[2]。同時，管理系統需要開發或引用付費的OPCServer三方庫，如Kep⁃Server等，增加了硬件成本和開發成本。ModbusTcp是一種能與普通以太網兼容的標準開放協議[3]，通過此協議，控制器相互之間、控制器經由網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只能訪問一個數據鏈路上的247個設備，限制了可以連接到主站的現場設備的數量，需要大量的配置和編程，開發成本高[3]。
（3）Modbus是主/從協議，現場設備與管理系統無法進行“異常報告”，未經授權的指令或數據無法屏蔽和忽略，容易造成網絡壓力大，較多的設備組態與開發，導致服務器端運行壓力高。
2面向散裝系統的規約協議接口設計
2.1網絡架構設計
系統網絡架構如圖2所示，系統基于TCP/IP傳輸協議設計，該協議是保證網絡數據信息及時、完整傳輸的重要的協議[4]。散裝系統CPU為西門子1200PLC，其內部有可供直接調用的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）收發貨管理系統為服務端，散裝PLC為客戶端，主動與服務器建立連接，如圖3，通過規約協議交互信息，同時將通訊③部分的接口設計任務放在設備端，減輕管理系統服務器的開發與負載壓力，便于管理人員維護。（2）讀卡器部分從收發貨系統中分離，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規約協議上傳，將讀卡程序放在散裝PLC側，與管理系統隔離，降低了管理系統開發壓力。（3）散裝PLC將管理系統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規約協議
對照圖2，其中通訊③分為散裝PLC發送端和接收端，發送端規約協議如圖4所示，由固定包頭+車道號+指令碼+內容組成，以ASCII碼形式傳輸。PLC端通過圖3所示的組態和函數“Chars_TO_Strg”等進行解碼。發送端的指令組成見表1，車道號根據實際散裝設備安裝點設定，指令碼根據裝車階段設定，如上傳車號、開始裝車、結束裝車等。內容部分為10個字節，裝車中以IC卡號（ASCII碼形式）作為標識，裝車結束時，內容為實際裝車的噸位數。接收端的規約協議如圖5所示。其中，車道號根據實際設備設定，指令碼用以區分允裝或不允裝狀態。內容部分有89個字節組成，可充分顯示管理系統傳輸的文本信息。數據段根據指令碼進行不同的解析，若為允裝指令，則內容為車號、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，字符數字以ASCII編碼。此外，針對下位設備所有不符合規約協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，從而減小整個系統的網絡和負載壓力。讀卡器協議是使用UDP進行通信，圖2中①。讀卡器主動向PLC發送卡號，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議包頭、車道號、校驗字節完整協議，上傳至收發貨系統。
3業務流程實現與應用
讀卡器檢測到刷卡后可主動向PLC發送只有8個字節UDP信息包，PLC獲取該信息后進行解析和高低位字節轉換后，生成規約協議指令發送至服務端。服務器根據收到的規約協議后進行處理，并將對比結果下發至PLC控制端。若為允許裝車：狀態非00，此時按照規約協議解析車號、物料、預裝量、最大預裝量；若為不允許裝車：此時為發送異常信息，裝車狀態為00，緊跟后面數據為異常信息（異常信息需要高低位轉換），解析后為不允許裝車原因（若干數量以內漢字）。PLC接收到指令后，根據允裝信息進行解析，如果允許裝車，執行裝車指令，并根據接收到的最大預裝量做數量限定；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。基于規約協議實現信息在刷卡端、散裝系統和管理系統間交互，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發送指令至服務器，開始裝車（見圖8）。達到預裝數量后，系統停止裝車，PLC發送指令D上傳定量裝車設備計量系數，再發送指令E結束裝車，延時發送指令F，提交本次裝車重量。若生產過程中，需要對各散裝設備進行標定系數調整時，則由管理系統自動計算計量系數后，通過規約協議下發至PLC，PLC解析后對當前系數加以調整。
4結論
本文提出的基于規約協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。該系統不僅實現了現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、高實時性的規約協議傳輸既降低了運行系統的網絡壓力和負載壓力，也為工廠管理系統降低了開發成本，提供了維護上的便利。
參考文獻
[1]金磊.KXT(SZ)散裝計量系統的開發與應用[J].新世紀水泥導報,2019,25(06):61-66.
[2]萬丹,楊國興.基于OPC通信技術實現以C#編寫客戶端與S7-1200PLC通訊[J].信息記錄材料,2018,19(06):50-53.
[3]謝景一.基于Modbus/RTU通信協議的工業控制系統[J].信息技術，2019,43(4):121-123,127
[4]巫強.計算機網絡中TCP/IP傳輸協議的時效性研究[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