（机械电子工程专业论文）集装箱装卸桥plc控制系统中若干通信问题的研究.pdf

t 海海运攀院硬圭学位论文 接要 对于一个现代化的集装箱码头来说，集装箱装卸桥的控制系统不仅仅只涉及 到单台桥吊的内部控制，而且遗包括由多台桥吊组成的群机集控，这样才能对每 一台运行的轿吊进行j i 燕控和管理。旒无论是单台桥吊内部的撩制，还是对于多台 轿吊的远程监控，所舞研究的都是它们的通信问题，即内部通信和外部通信 文章结合其体酶课嚣，第一章酋先秩一个吴体的集装箱装卸轿控铡系统着 手，鬻确了文章研究静内容必集装糖装蠲桥p l c 控稍系统静遥信阚纛，戳教为 铃么要数戴佟必磅究凑容，并麓述了霉内外对手内帮逶信襄强藩淹信豹琴 究现 状。 从第= 章到第四章讨论的是内郝遁信坶题。嚣= 章曹先从硬件釉软终鼹方露 其体的分析了单螽桥吊的p l c 控制系统，指出了内部通信闻题所涉及姻对象是 p l c 与变频器之间的通信。由予传统的p l c 控制网络结构过于复_ 客 ，功能贝q 过 予简单，而且不同的产品的通信协议互不兼容，使得用户在使用的过程中选用 p l c 产品受到很大的制约，论文提出了解决这个闯纛的可能的途径就是；f i 用 p r o f i b u s 糯场总线。第纛章分析了现场总线的协议模型，并给出了一个典藏的 豫o 嘲t 珞糯搦总线静拓粹结构，摇出这稀解抉方法是胃行的。第滔章滔蓟菇体 谦惩表明7 集装箱装镩耩内部p l c 岛交籁嚣静遥僚采焉靛是援b 潞瑶毽s - d p 遥 绥，莠翘逮了系统运纷酵d p 遴信采用的数据缝构，参数处臻覆瑾及d p 逶镲绽 穆中的参数怒置。土一。 一 第嚣章讨论的是外部避信问题。首先建立7 多台橇吊榘羧系统中远程通信的 ， 嘲络结构，藁点讨论了如何将串口通过硬件的方式变为网日接入企业网。( 然臌讨 论了远程数据传输的几种常用的方式，最艏从一个具体的集装箱装卸桥远程脓控 、 的案例入手，阐述了在外部通信中涉及到的一些技术研究。j 户7 、 第六章总结了研究成巢并褥出了有关p l c 内部通信和外部通信的些基本 绪论，指出了存在韵瀚瑟翔需要深入研究的方向。 美麓谣t a 内部逶傣声辩熬逶岛现璐慧驽遁蓬垂鞫蠹茧参远程监控 上海海运学院硕士学位论文 f o ram o d e mc o n t a i n e rp o r t t h ec o n t r o ls y s t e mo ft h ec r a n ei sc o m p d r e d o fn o t o n l yt h ec o n t r o lo f t h es i n g l ec r a n eb u ta l s ot h es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o l o fm a n y c r a n e s t h ec o m m u n i c a t i o no fw h i c h ( t h ei n t e d o rc o m m u n i c a t i o na n d t h ee x t e r i o rc o m m u n i c a t i o n ) i ss t u d i e di nt h i sp a p e r , c o m b i n i n g w i t hac o n c r e t e s u b j e c t t h e f i r s t c h a p t e rp r e s e n t s t h e c o m m u n i c a t i o ni np l cc o n t r o ls y s t e mi nc r a n ew i l lb es t u d i e da n dw h ym u s t i t b es t u d i e d t h ei n t e d o rc o m m u n i c a t i o ni sp r e s e n t sf r o mc h a p t e rt w ot oc h a p t e rf o u r b ya n a l y z i n gt h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fp l c c o n t r o ls y s t e mi nc r a n e ，t h e s e c o n dc h a p t e rm a k e sd e a rt h a tt h eo b j e c t so fc o m m u n i c a t i o na r ep l ca n d i n v e r t e r s p r o f l b u si su s e di np l cc o n t r o ln e t w o r ki nt h es u b j e c t c h a p t e rt h r e e a n a l y z e s t h e p r o t o c o l o ff i e l d b u sa n d g i v e s a r e p r e s e n t a t i v e p r o f i b u s t o p o l o g y , a t t h ef o u r t hc h a p t e rm a k e sc 岫rt h a tt h ec o m m u n i c a t i o no fp l c a n di n v e r t e r si sp r o f i b u s - d pm o d ei ni n t e d o rc o m m u n i c a t i o n i nt h ec h a p t e r t h ed a t as t r u c t u r e t h e p d n d p l eo fl 豫m m e t a r sd e a l t w i t ha n dp a r a m e t e r s c o n f l g u d n go fd p m o d ea r e a n a l y z e d c h a p t e r f i v ei sa b o u tt h er e m o t es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o lo fm a n yc r a n e s ( t h ee x t e r i o rc o m m u n i c a t i o n ) f i r e t h j , t h en e t w o r ko ft h er e m o t es u r v e i l l a n c e a n dc o n t r o lo fm a n yc r a n e si sm a d e t h e n ，s o m em o d e so fr e m o t ed a t a c o m m u n i c a t i o na r e p r e s e n t e d l a s t l y , f n o m ac o n c r e t e s u b j e c t ，s o m e t e c h n i q u e s i ne x t e r i o rc o m m u n i c a t i o ne r ea n a l y z e d c h a p t e r s i xg i v e ss o m ec o n c l u s i o n sa b o u tt h ei n t e r i o rc o m m u n i c a t i o na n d t h ee x t e r i o rc o m m u n i c a t i o na n dp o i n t st h a ts o m eq u e s t i o n sm u s tb er e s o l v e d a sp o s s i b l ea 3 e a r l y k e y w o r d s ： t h ei n t e r i o rc o m m u n i c a t i o n t h ee x t e r i o rc o m m u n i c a t i o n ，f i e l d b u s 上海海运学院硪士学位论文 p m f i b u s - d rt h er e m o t es u r v e i l l a n c ea n dc o n t r o lo fc r a n e j i ah o n g x l a ( m e c h a t r o n i c ) d i r e c t e db yh u a n g y o u f a n g s h ij l a n m i n 论文独创性声明 本论文是我个人在导师的指导下取得的成果论文中除了特别加以标注和 致谢的地方外，不包食其他人或者机构已经发表或撰写过的研究成果其他同 志对本论文的启发和所作的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了盛谢 作者签名。盎魄吼型型、 论文使用授权声明 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交的论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上同公布论文的全 都和部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文保密的论文 在解密后遵守此规定 作者笺名；蒜丕竺整导师签名； 上海海运学院硕士学位论文 用户层 功能块 装置描述服务 应用层( 7 ) “层不用 数据链路层( 6 ) 物理层( 1 ) 圈络i 系统 管理l 管理 图3 - 4 瑾6 1 1 5 8 现场总线网络协议模型 l l c 子层是在节点间用来对帧的发送、接收信号进行控制，同时检验传输差错。 现场总线的实时通信主要由数据链路层提供，所谓实时( t i m e - c r i t i c ) 就是提供一 个“时间窗”，在该时间窗内，需要完成具有某个指定级别确定度的一个或多个 动作。为了满足实时性要求，c 6 1 1 5 8 3 和c 6 1 1 5 8 4 数据链路层标准中采用 了不同于r r 的全新的数据链路层服务定义和数据链路层规范。i e c 现场总线媒 体送取机构将令牌传送的灵活性和调速送取的实时性相结合，总线送取的控制可 以按照用户的需要实现集中或分散方式、数据传输有很高的确定性和优先级，网 络的时间同步小于lm s ，i e c 数据链路层还可以为实体间数据交换提供连接服务 和无连接服务。 ( 3 ) 应用层 应用层直接为用户服务，提供适用于应用、应用管理和系统管理的分布式信 息服务。开放系统相互连接的管理包括初始化、维护、终止和记录某些数据所需 的功能，这些数据与为在应用进程间传送数据而建立的连接有关。现场总线应用 层主要组成部分包括；应用进程、应用进程对象、应用实体和应用服务元素等。 应用层主要提供通信功能、特殊功能以及管理控制功能。现场总线访问子层0 ，a s ) 提供发布者接收者、客户，服务器和报告分发三种服务，现场总线报文子层 ( f m s ) 贝l j 提供对象字典服务、变量访问服务和事件服务。 ( 4 ) 用户层 现场总线用户层具有标准功能块( p b ) 和装置描述( d d ) 功能。为了实现过程自 动化，现场装置使用功能块，使用这些功能块完成控制策略。i e c 专门成立了一 个工作组i e cs c 6 5 c w g 7 负责制定标准功能块，按规范，a i 、a o 、d i 、d o 和p i d 等共有3 2 个功能块。现场总线一个很重要的功能是装置的互操作性，允 许用户将不同厂家提供的现场装置连接在同一根现场总线上。为了实现互操作， 每个现场总线装置都用装置描述d d 来描述。d d 能够认为是装置的一个驱动器， 它包括所有必要的参数描述和主站所需的操作步骤。由于d d 包括描述装置通信 所需的所有信息，并且与主站无关，所以可以使现场装置实现真正的互操作性。 上海海运学院磺士学位论文 上述可见，i e c 6 1 1 5 8t 业控制系统用现场总线标准是充分考虑工业自动化 系统特点，融进了近十年计算机网络发展的最新技术，并为今后长远发展创造了 条件，具有不同于r r 技术、崭新框架的通信协议标准。 3 3 集装箱装卸桥中现场总线遣信控制系统拓扑结构 由于现场总线依然没有一个很通用的国际标准，各种现场总线风起云涌，但 是许多现场总线都有其无法克服的缺陷。其中表现得最明显的就是不同公司的产 品无法在一个网络中通用，对于一种现场总线的应用必须依赖于设备生产厂商。 使用其配套的产品。 我们的集装箱装卸桥中p l c 与变频器采用的p r o f i b u s 现场总线则很好的 避免了这个缺陷。p r o f i b u s 是一种国际化、开放式、不依赖于任何设备生产商的 场总线标准。它能够将现场设备和控制器连接起来组成一个智能化网络。图3 5 图3 5 一种典型的p r o f i b u s 现场总线拓扑结构 是一种典型的p r o f i b u s 现场总线拓扑结构。 图中方块表示总线端子( b u st 伽 n i n a l ) ，它把数据终端连接到总线上去。 方块加椭圆的图形表示中继器( r e p e a t e r ) ，它是总线的段与段之间的连接器， 主要起信号驱动作用。 d t e ( 数据设备终端) 可以是很多智能设备如p l c 、个人计算机、编程器、 智能机器人、驱动器、智能传感器、各种执行器及各种现场装置、各种现场分路 器等。 这种拓扑结构是一种全数字、串行、双向通信的协议，它具有完整的软件支 持系统，能够解决总线控制、冲突检测、链路维护等闯题。它自动成网，无主从 站之分或是允许多个主站并存，在同一个层次上不同厂家的产品可以互换，设备 之问具有互操作性。同时这种现场总线将另牌存取控制与主从存取控制巧妙的结 合在一起，将不同的传输方式集成进去，从而实现了高效通信。 2 l 上海海运学院硕士学位论文 第四章p r o f i b u s - d p 通信在集装箱装卸桥 p l c 控制系统中的应用 4 1h 1 0 删蛐p 通信概述 集装箱装卸桥内部p l c 与变频器我们采用的是p r o f i b u s 现场总线中的d p 通信。p r o f i b u s - d p 用于现场层的高速数据传送。主站周期地读取从站的输入信 息并周期地向从站发送输出信息。总线循环时间必须要比主站( p l c ) 程序循环时 间短。除周期性用户数据传输外，p r o f i b u s - d p 还提供智能化现场设备所需的非 周期性通信以进行组态、诊断和报警处理。 ( 一) p r o f i b u s - d p 的基本功能 ( 1 ) 传输技术：r s - 4 8 5 双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9 6 k b s 到1 2 m b | s ， ( 2 ) 总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主从传送。支持单主或 多主系统。总线上最多站点( 主从设备) 数为1 2 6 。 ( 3 ) 通信：点对点( 用户数据传送) 或广播( 控制指令) 。循环主- 从用户数据传送 和非循环主主数据传送。 ( 4 ) 运行模式：运行、清除、停止。 ( 5 ) 同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模 式输入同步。 ( 6 ) 功能：d p 主站和d p 从站间的循环用户数据传送。各d p 从站的动态 激活和可激活。d p 从站组态的检查。诊断功能，三级诊断信息。输出或输出的 同步。通过总线给d p 从站赋予地址。通过总线对d p 主站( d p m 0 进行配置。每 d p 从站的输入和输出数据最大为2 4 6 字节。 ( 7 ) 可靠性和保护机制：所有信息的传输按海明距离 d = 4 。d p 从站带看门 狗定时器( w a t c hd o gt i m e r ) 。对d p 从站的输入输出进行存取保护。d p 主站上 带可变定时器的用户数据传送监视。 ( 8 ) 设备类型；第二类d p 主站( d p m 2 ) 是可进行编程、组态、诊断的设备。 第一类d p 主站( d 孙缸) 是中央可编程序控制器，如p l c 、p c 等。d p 从站是带二 进制值或模拟量输入输出的驱动器、阀门等。 ( 二) p r o f i b u s - d p 基本特征 ( 1 ) 速率：在一个有着3 2 个站点的分布系统中，p r o f i b u s - d p 对所有站点传 送5 1 2 b s 输入和5 1 2 b s 输出，在1 2 m b s 时只需l m s 。 上海海运学院硕士学位论文 ( 2 ) 诊断功能：经过扩展的p r o f i b u s - d p 诊断，能对故障进行快速定位。 诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级： ( a ) 本站诊断操作：本站设备的一般操作状态，如温度过高、压力过低。 ( b ) 模块诊断操作：一个站点的某具体i 0 模块故障。 ( c ) 通道诊断操作：一个单独输入输出位的故障。 ( 三) p r o f i b u s d p 系统配置 p r o f i b u s - d p 允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接1 2 6 个站点。系统配置的描述包括：站数、站地址、输入输出地址、输入输出数 据格式、诊断信息格式及所使用豹总线参数。每个p r o f i b u s - d p 系统可包括以下 三种不同类型设备： ( 1 ) 一级d p 主站( d 嗍田：一级d p 主站是中央控制器，它在预定的信息周期 内与分散的站( 如d p 从站) 交换信息。典型的d p m i 如p l c 或p c 。 ( 2 ) - 级d p 主站( d i ，m 2 ) ：二级d p 主站是编程器、组态设备或操作面板，在 d p 系统组态操作时使用，完成系统操作和监视目的。 ( 1 ) d p 从站；d p 从站是进行输入和输出信息采集和发送的外围设备( i o 设备、驱动器、h m i 、阀门等) 。 ( 四) 系统行为 系统行为主要取决于d p m i 的操作状态，这些状态由本地或总线的配置设备 所控制。主要有以下三种状态： 停止：在这种状态下，d p h 舡和d p 从站之间没有数据传输。 清除：在这种状态下，d p m i 读取d p 从站的输入信息并使输出信息保持在 故障安全状态。 运行：在这种状态下，d 哪m 处于数据传输阶段，循环数据通信时，d p m i 从d p 从站读取输入信息并向从站写入输出信息。 ( 1 ) d p m i 设备在一个预先设定的时间间隔内，以有选择的广播方式将其本 地状态周期性地发送到每一个有关的d p 从站，如图4 1 所示。 图4 - ip r o f i b u s - d p 用户数据传输 上海海运学院颈士学位论文 ( 2 ) 如果在d p m i 的数据传输阶段中发生错误，d p m i 将所有有关的d p 从站 的输出数据立即转入清除状态，而d p 从站将不再发送用户数据。在此次之后， d p m i 转入清除状态。 ( 五) d p m i 和d p 从站间的循环数据传输 d p m i 和相关d p 从站之间的用户数据传输是由d p m i 按照确定的传递顺序 自动进行。在对总线系统进行组态时，用户对d p 从站与d p m i 的关系作出规定， 确定哪些d p 从站被纳入信息交换的循环周期，哪些被排斥在外。 d p m i 和d p 从站间的数据传送分三个阶段：参数设定、组态、数据交换。 在参数设定阶段，每个从站将自己的实际组态数据与由d p m i 接受到的组态数据 进行比较。只有当实际数据与所需的组态数据相匹配时，d p 从站才进入用户数 据传输阶段。因此，设备类型、数据格式、长度以及输入输出数量必须与实际 组态一致。 ( 六) d p m i 和系统组态设备间的循环数据传输 除主- 从功能外，p r o f i b u s - d p 允许主主之间数据通信，这些功能使组态和诊 断设备通过总线对系统进行组态。 ( 七) 同步和锁定模式 除d p m i 设备自动执行的用户数据循环传输外，d p 主站设备也可向单独的 d p 从站、一组从站或全体从站同时发送控制命令。这些命令是通过有选择的广 播命令发送的。使用这一功能将打开d p 从站的同步及锁定模式，用于d p 从站 的事件控制同步。 主站发送同步命令后，所选的从站进入同步模式。在这种模式中，所编址的 从站输出数据锁定在当前状态下。在这之后的用户数据传输周期中，从站存储接 收到输出的数据，但它的输出状态保持不变；当接收到下一个同步命令时，所存 储的输出数据才发送到外围设备上。用户可通过非同步命令退出同步模式。 锁定控制命令使得编址的从站进入锁定模式。锁定模式将从站的输人数据锁 定在当前状态下，直到主站发送下一个锁定命令时才可以更新。用户可以通过非 锁定命令退出锁定模式。 ( 八) 保护机制 对d p 主站d p m i 使用数据控制定时器对从站的数据传输进行监视。每个从 站都采用独立的控制定时器。在规定的监视间隔时间中，如数据传输发生差错， 定时器就会超时。一旦发生超时，用户就会得到这个信息。如果错误自动反应功 能“使能”，d p m i 将脱离操作状态，并将所有关联从站的输出置于故障安全状 态，并进入清除状态。 d p 从站使用看门狗控制器检测主站和传输线路故障。如果在一定时间间隔 上海海运学院硕士学位论文 内发现没有主机的数据通信，从站自动将输出进入故障安全状态。 4 2 集装箱装卸桥中d p 通信采用的数据结构 在西门子p l c 与变频器通讯中所采用的p r o f i b u s - d p 通讯，将主站和从站 区分开来。 主站决定在总线上的数据传输而且也被设计为主动结点。主站有两类： ( 1 ) 第一类d p 主站( d p m l ) 是一些中心站如s m l a n cs 5 、s 7 和s i m d y nd ，它按照规定的的通讯周期 与从站交换信息。 ( 2 1 第二类d p 主站( d p m 2 ) 这类站点主要是一些编程、计划及监控站点，主要用于配置、启动及运行监 控系统。 从站( 比如：c b p ，c b l 5 ) 仅能在主站要求时确认所接收和发送的信息， 从站也能够被设计作为被动站点。 在p l c 与变频器的通讯中，8 7 p l c 作为主站，变频器中的c b p 2 通讯板作 为从站。c b p 2 通讯板的基本功能是周期型的数据通讯，采用m s c w l 通道进 行数据传送，可用数据被划分为两个区域，它们以各自的报文进行数据传送。 ( 1 ) 过程数据区( p z d ) ，例如；控制字和设定值或状态信息和实际值。 ( 2 ) 参数区( p k w ) ，用作读，写参数，例如：读出故障，并且读出一个参数 的特征信息，诸如最大m d , 限制等。 当总线系统启动时，用于d p 通讯主站到变频器通讯类型的p p o 能够从主站 来配置。选择那种p p o 类型取决于在自动化网络中传动装置的任务。过程数据 一直被传送，在传动装置中它们有最高的优先级和最短的时间等。 过程数据用于协调传动装置和自动化系统中其它单元的工作，如为了电源的 接通，断开，插入设定值等。 当需要时，使用参数区的帮助，通过总线系统可以存取在变频器中的所有参 数。例如可以读出详细诊断信息，报警等。这样更高的系统( 如p c 等) 才能被 用来调用其它用于观测的传动信息而不影响过程数据的传送。 周期数据传送的报文编码结构如下： 上海海运学院颐士学位论文 参数过程数据对象p p o 的类型 参数过程数据对象p p o 一共有五种类型，按照可用数据有无参数区及过程 数据字的多少来划分。 ( 1 ) 可用数据无参数区，有两个字或六个字的过程数据。 ( 2 ) 可用数据有参数区，且有两个字、六个字或十个字的过程数据。 下表所示即为p p o 的划分： p i i o l p 嗽 ，p ，o p p 表4 2 参数过程数据对象p p o 类型 p 嘲啪 朔飘期啦 l p 1 日ei n dn 幢f f l w lh 啊一 哪l 刚 p 猫i t z i x i弼盯 羁融瞒弼 o 2 1h v i 摹1 事1 2 丰ss * 1 a t 4 ,摹1 丰 摹2 丰 摹3 丰l 摹丰 摹5 丰 摹t 牛 摹7 丰摹丰摹9 事摹蕾事 i i i ii li i p k w ：参数标识符值 p z d ： 过程数据 p i e d 2 ：参数标识符 i n d ：索引 p w e ：参数值 s 1 w ：控制字 z s w ：状态字 s h w ：主设定值 h l w t 主实际值 将可用数据分为参数标识符值和过程数据，使其能够完成不同的任务。参数 数据区( p k w ) 的作用就是通过报文p k w ( 参数标识符值) 部分，可以观查的 更改变频器的任意参数。 使用过程数据区，实现控制字和设定值( 任务：主站至主变频器) 或状态字 和实际值( 响应：变频器到主站) 的传输。只有当控制字、设定值和状态字实际 值按照所规定的路径连接时，该过程数据的传输才有效。 一基本单元发送过程数据的方法 ( 1 ) 报文由主站到变频器( 为设定通道值) 表4 3 显示的是复合值为1 6 位过程数据，过程数据值分别为：p p o 类型1 、3 ， p p o 类型2 、4 和p p o 类型5 。 上海海运学院磷圭学链诧文 双 圭站一囊鼙墓 ( 谴定佳逋遗j 寝4 3 从主站劐变颓器的过程数瓣的传送 襄鲁穗漳： 6 饿j t 牲敷撼 軎内霉碡t 过程赣耩l 囊畸 或 往程蕞掘健两： 熹螯 和3 羹型2 和4 羹繁s 牲尊 p z o 霉l 絮 p p z op 产p z 口p z d舵d s 678 9 1 0 s 艄 删l 城 掣l 繁 4 懒乳h8 l h7 t h8 t h9 t h o t h 串警牛半卒 3 0 0 1 3 0 0 ： 1 3 0 0 3 3 0 0 4 3 0 0 5 3 0 0 6 3 0 0 7 3 0 0 8翻瑚3 d 1 0 鞠13 0 3 23 0 黻3 0 3 53 0 3 3 0 3 岳 3 0 0 13 0 3 2 3 0 0 43 0 a 5 3 0 3 6 3 0 3 8 1 3 ：) t 0 3 0 0 1 3 0 0 2 1 3 0 0 3 3 0 0 4 3 0 3 53 7 3 0 3 83 0 t 0 2 添文疑交黢器黧主蘩( 为安鞴逶邀蓬) 裘4 。4 中显示的分配实际值参数为1 6 钕数据。 蓬专： 童蕞嚣- 童薅 鬟i i 雾使通道) 帝酩豢鞯佳誊鞭鸯 t 6 主敷据 表4 + 4 姨交频器戮主潞静过程数禚豹转送 哪 p z d 絮l 絮 p 鐾dp z o哪 哪哪 p 2 0p z d 毒嚣8789t 01 h | wlz 洲 兰。通讯板c b p 2 板的a # 周期数据传送 本系统中的p r o f i b u s 通讯不仅可甄避行璃期往的数据传送而且支持菲爝 黎镶蕊数据傣送，蒉显奁 # 爰絮鼹数攥傣邀豹同精进翁躅察缝豹数据荣送。 l # 蹋焱数据传送脊以下特点， ( 1 ) 大的数据交换量，可达2 0 6 字节。 往) 遴过辍瘸麓弱最秘菲蕊翘数弦转送p w k 区域熏定谴，减少了在 s l m a t i e 中敦乡 帮她址。 ( 3 ) 在周期数据传送中由于髓短的搬文也减少了总线循环时间。 繇下所示为不丽熬主站或不港酶数据傣送方式与c b p 2 对应翡遂道。鼹期性 鼗援话送采鬟第一类主站( m s c y - c t ) ，嚣鼹期性数擐传送采用相同第类主站 上海海运学院磺士学位论文 ( m s c a - c i ) ，采霭s i m o v i s 韵箨瘸藕往数据传送( 第二类主站；m s c a - c 2 ) 。 图4 2c b p 2 支持数蹶务及逶邀 由于在s 7 p l c 与变频器的通讯为第一类主站，所以这舅主要论及第一类主 站。 d p 一级主涟( d p m | ) 帮d p 旋蘩阕熬簿震撬逶壤，逶遘辫嬷服务存取煮 5 l 来完成。按服务顺序，d p m i 建立一个到从站购连接，j 浚连接由m s a c - c 1 定义。它的建立与用于d p m i 和从站闻的周期数据传输连接密切相关。一且一 个连按被建立，通过m s c a - c 1 连接，d p m i 可以进行周期数据传输。同时通过 m s c a - c 1 进行蒋周期传输。 m s c a 逶遭兔谗在扶雉孛麴锤意数撼块r e a d i n g 秘w r y i n g 。这些数据 块用功能d d l m - r e a d 和d d m l - w r i t e 被存取。 圈4 3 所示为非周期m s c a - c 1 通道传输的报文结构。 鞠p 蓍：w 镪务的顺痔 懿理一令p k w 任务，襄懿下次序： ( 1 ) 采用d d l m - w r i t e ，在具有索弓l 号1 0 0 的数据块中个p k w 镊务 被传送到c 脚) 2 板。 r 等待一个d d l m - w r i t e 上升沿的确认。 ( 3 ) 采孺d d l m - r e a d 翡麓，在其有索弓l 弩1 0 0 豹数据凌中，c b p 2 板 i i 孽求个p k w 豹瘦豢。 f 4 ) 对于这个任务p k w 应答包食在d d l m o r e a d 上井沿的确认中。 采用p k w 区域，在变频嚣中任何参数都能被读出并且，或者被改变。猩 一b 海海运学院硕士学位论文 诩爝报戎 ；蹬基塞妻霆- 蠹午朋搠。蕞捶直列肯 m s c a c 1 通道中，通过在周期性通道中的p p o ，能够传遴大量的数据。为了传 送参数，整个数据肇元被准一鑫每镬臻。在数摇琰孛，掰有数组豹壤一令接一个直 接钓被传送。数据块的最大长度是2 0 6 字节。 下阁所示为周期性数据传送中p k w 的结构。过程数据( p z d s ) 不能由非周 期往逶道m s c a - c l 撬定。 l 捧 置帧矢) 冀据摹乇 幡议悄( 尾) i i 舣埘 l f u n 蛐。n i d l 槽号 i 索引 l 长度麓| 蕾革无 1 23j 强豫潍撕 。彳嫩 lp 婶l 岣dl 叶e l 畸旺il 列峰，0 1 胬4 4 奁瀚鬻靛数据传送中p k w 靛缭构 4 3 集装箱装卸桥中d p 邋信参数处瑗原理 程本文所涉及的s 7p l c 与交颓希通讯中采用的p p o 类型是类螫5 ，它采璃 p k w 援理熊够处邂秘虽示参数( 读，写) ，戆够传送鄹确认参数变更搬告。 上海海运学院硕士学位论文 p k w 的参数区至少包禽4 个字。液45 所示为各字的结构。其中a k 为任 务i d 或应答1 d ；s p m 为链瑾参数更改缀告静触发位；p n u 为参数等。 第一令字参数据识符 1 3 ( p k e ) 总是一个1 6 位傻。位0 到l o ( p k e ) 包括 所请求的参数号。位1 1 ( s p m ) 是用于参数变更报告的触发位。位1 2 到1 5 ( a k ) 包括任务和鹰答动。 第二个字为参数紫弓l ( 戳d ) ，数缨子索弓l 是令8 挝值，旦在周期挂数据传 送期间，参数索引的齑有效字节( 位8 到1 5 ) 被传送，其低有效字节没有被定 义。对于非周期性数据传输，只传输参数索弓i ( 玳d ) 的低字节( o 到7 位) 。圈 4 5 帮强4 6 分澍为溺麓毪逶诹l 瀚缝擒襄l # 周期瞧逶谖戮d 结棱。 对于一个被索引的参数，如果在任务中的子索引用l 至2 5 4 之间的值被传送， 位鼍： 表4 5 参数戮( p k w ) 鹣结构 苇，夺掌 l 参蕞索引 i l i n d ) i 筘2 十书 往幸： l $ ；7 0l l蛄约与奢叉取决千| t 据悻聃典型f 兄- f 嚣l 第3 夸事 蒂4 耷串 那么参数所要求的索引要被传送。当说明元素被处理时，说明元素的号要被传送。 用于数组子索引的值2 5 5 具有特殊的重要性。如果带有2 5 5 的数组子索引被传送， 那么一个被索季l 参数豹所蠢索弓l 都要鬻对在一令数据块中被传送。数撂块熬最大 长度是2 0 6 个字节。 t 誊jl 瞒汛洲卜警烈雾纂 轰纽子索引m a s t e r d r n e $ 一定叉 sl7o 图4 5 弼麓佼逶讯猃沿结梅 第三期四个字为参数嬗( p w e ) 。参数值( p 、陋) 总是以双字( 3 2 位) 来 传送。在p p o 报文中，仅一个参数值能被传送，由p w e i ( 高有效字，第三个 字) 和p w e 2 ( 低有效字，第四个字) 组成个3 2 位参数穰。稿p w e 2 ( 彳氐裔 上海海运学院硕士学位论文 图4 6 用m s c a c l 非周期通讯i n d 结构 效字，第四个字) 传送一个1 6 位参数值，在这种情况下必须在d p 主站中设置 p w e i ( 高有效字，第三个字) 为零。 一个任务或应答过程有以下一些规则： ( 1 ) 一个任务或应答只能对应一个参数值。 ( 2 ) 主站必须重复一个任务直到收到适当的应答。 ( 3 ) 主站确认应答已经设定任务。 ( 4 ) 任务必须在一个报文中被发送完整，把任务分开的报文是不允许的。 应答也是如此。 ( 5 ) 对于包含参数值( 实际值) 的应答报文，如果报文被重复传送，从站 总是用最新的当前值来应答。 ( 6 ) 如果在周期性操作期间，p k w 没有信息请求，那么“n o t a s k ”任务 必须被传送。 4 4d p 通信的参敷设置 在西门子s 7p l c 与变频器通讯的硬件安装完成后就必须对一些参数进行设 置。首先需要对调速器的参数进行设置，以便c b p 能够正常工作，调速器的参 数主要有：设置p p o 类型；设置报文监控时间；置c b p 的p r o f i b u s 站点地址； 设置c b p 的参数使能状态。然后在对p l cc p u 的d p 接口，使之能参数化c b p 板，需要设置的参数主要有p p o 类型和c b p 站点地址。 通讯编程软件是s 7p l c 的编程软件s t e p 7 软件包的组件之一。它运行于 p r o f m u s d p 之上，符合欧洲传动产品生产商有关变速传动在d p 上应用的协 定。这个组件包括三个功能块及三个数据块。三个功能块分别为数据发送模块 ( d p s 7 c s ) ，数据接收模块( d p s 7 c - e ) 及预分配模块( d p s 7 c _ v ) 。三个数据 块包括通讯参数数据块( d 1 j p a ) ，过程参数数据块( d b n d ) 和通讯处理器 ( d b c p ) 。由于预分配模块及其对应的通讯处理器只是可选用功能，这里不涉 及。 上海潍运学院硕士学位论文 这些功能块及数据块之间的关系如图4 7 所示。 圈4 7 备功能块和数据块之间的关蕊 数据发送功能块( d p s 7 e s ) 鲻予囱交鞭器发送逶讯数据。它稷据鞠。豹类 型及通讯控割字的内容，自动形成有效数据，并将其送徒d p 接口。如果此功能 块发现参数设置错误，则将错误代码写入过程数据的两个字节中。 这个功能块有三形式参数。d b p a ；逶谲参数数据交代码：s y p a ：系统参数 字在通讯参数数握块中的起始地址；s l p a ：寿效数据在通讯参数数据块中的起 始地址。 数摇按l 漫功能块( 蕊) s 笼一e ) 甭予接较交频器发送辩通讯数据。它根据p p o 熬类型及遴讯控铡字抟内容，读入通迅设备灼缓冲区数挺，经过变换矮，写入数 据块。如果此功能块发现参数设鼹错误，则将错误代码写入过程数据块的一个字 节中。 这令功捷块溺嚣镪含三令形式参数。d b p a ：邋援参数数爨块代妈：s y p a ： 系统参数字在通讯参数数据块中的起始地址；s l p a ：有效数据在通讯参数数据 块中的起始地址。 对予上述嚣令珐熊块，在程j 葶中至少每个调逮爨郝簧谖弱一次。 过程参数数据块( d b ) ) 通讯和控制程序的接口。一个从站中被传送的数 据必颂进入d b n d 发邀缓冲器，这个缓冲器由控制程序赋值。而响应数据煎6 从相 应酶按l 殳缓冲嚣取出。状态字蔫：检溅遥讯，控割字谩褥嚣诸求豹特殊参羧强开 上海海运学院硕士学位论文 始。 此数据块为每一个参与通讯的从站提供如下通讯接口： ( 1 ) 同每个从站相关的通讯数据。 ( 2 ) 当前p k l 任务的缓冲区。 ( 3 ) p p o 有效数据的发送缓冲区。 ( 4 ) p p o 有效数据的接收缓冲区。 通讯参数数据块( d b p a ) 含有控制通讯所需要的程序参数。它的长依赖于 总线系统中从站的数日，每个从站需要8 个数据字，系统参数没2 个数据字被赋值 一次。此外本数据块有四个保留字。 在本系统运行时数据接收和发送功能块的三个参数共有以下几种设置，分别 为：d b p a ：= 5 0 、s y p a ：= o 、s l 】b 久：= 8 ：d b p a ：= 5 0 、s y p a ；= 0 、s l p a t = 2 0 td b p a ：= 5 0 、s y p a t = 0 、s l p a ；_ 3 2 ：d b p a = 5 0 、s ) a ：= 0 、s l p a ： ；4 4 ；d b p a t = 5 0 、s y 队：= 劬、s l 】p a 。；= 5 6 ：d b e a ：= 5 0 、s y e a ；= 旬、s l p a ： 巧8 ；d b p a = 5 0 、s y p a t 印、s l p a = 8 0 ：d b p a t = 5 0 、s y p a = 0 、s l p a t - - 9 2 。 上海海运学院硕士学位论文 第五章集装箱装卸桥远程监控技术 5 1 集装箱装卸桥远程篮控技术概述 对于单台集装箱装卸桥来说，在它的电控系统中设置诊断系统对电控系统进 行状态监控和故障诊断已有十几年历史。为了进一步提高系统自诊断的范围、功 能，减轻设备电控系统维修的人员水平和能力的影响，并进一步提高设备运行的 可靠性和安全性，满足港口企业日益递增的面向客户的服务需求，集装箱装卸桥 电控系统往往配套安装”起重机监测系统c m s ”软件。但是大多数配套的c m s 名 存实亡，基本处于不用的状态。现在使用的c m s 一般都是单机版，只能安装在 作业现场设备的电气房，管理人员只能上到桥吊上面才能看到监测的状态，事实 上根本起不到任何监测作用。 在一个大型的集装箱码头，会有很多台桥吊，不仅需要在单台桥吊上安装 测系统，还需要把这些监测数据传送到管理人员那里。这样就必须对一个港口设 备实现更高层次上的群机集控，建立基于网络的多控制管理系统，以便将现场设 备直接接到管理阶层，真正作到管控一体化。虽然国际上有些厂商开发了c m s 的所谓的远程版，但就原理讲仍然是基于单机的，根本就无法对一个港口的所有 桥吊状态进行监控。同时，为了实现群机集控，将监测数据远距离传输，就必须 将单台集装箱装卸桥内部数据公开。但是这些c m s 产品一般都不对用户开放它 采集到的原始数据，这就使得这些系统更加失去了它的使用价值。 为了克服上述c m s 存在的技术缺陷，把集装箱码头建设成为真正意义上的 现代化码头，我们自己开发了一套集装箱装卸桥远程监控系统，力求完成以下功 能： ( 1 ) 实时收集发送集装箱装卸桥电控系统的运行数据。系统从桥吊的主 p l c 的串口接收p l c 数据，与p l c 连接的串口服务器应能接收数据并通过企业 网对该数据进行实时转发。 伫) 组成一个w e b 服务器。w e b 服务器能够接收由远程计算机通过企 业网转发过来的p l c 数据，并在本地进行保存和处理，正常数据保存时间和故 障信息保存时间可以根据系统条件和应用需要进行调整。 ( 3 ) 有关人员、技术支持单位、生产厂商和有关管理人员可通过w e b 服 务器查看技术数据和工作状态等重要信息。 ( 4 ) 可以对技术数据进行统计分析。 ( 5 ) w e b 服务器能接收保存桥吊上机械振动频谱分析的结果数据。 上海海运学院硕士学位论文 ( 6 ) 为了日常运行及其数据的保密性，在企业网内设置虚拟网络，一般情 况下不经允许不能随便访问该网段内容。当发生不能解决的问题时，允许支持部 门进行远程登录，对现场的实时数据进行判断及维修指导。 s 2 集装糖装卸桥远程监控的系统结构 下图所示为我们自己开发的集装箱装卸桥远程监控的系统结构。 这一远程j | 盆控系统有着与众不同的特点和创新。 ( 1 ) 它对于不同厂家的港口设备具有统一的界面。 我们开发的集装箱装卸桥远程监控系统对备厂家的p l c 都适用，能获取各 种桥吊的全部原始数据，自然地，制作统一界面的远程监控系统成为可能。统一 界面的远程监控系统是面向广大用户，具有推广意义。 图5 1 集装箱装卸桥远程监控系统结构 ( 2 ) 可以建立宽带企业网，本地用户在企业网的任何地方都可以使用监控 系统。 从桥吊敷设光缆，连接到企业网。本地用户通过测览站软件，可以在企业网 上的任何地点远程监控桥吊状态，而且远程监控完全等效于设备机房现场，所有 原来使用的应用软件完全等效使用。 ( 3 ) 此远程监控系统提供w e b 服务，让i n t e r n v t 技术溶入远程监控系统。 采集到的全部p l c 原始数据存储在数据中心站( w e b 服务器) 。通过宽带企 上海海运学院硕士学位论文 业网向浏览站广播数据。 ( 4 ) 此远程监控系统的浏览站可以不安装专用软件。 一般r c m s 均需要在浏览站安装专用软件。而我们研制的远程监控系统的浏 览站可以不安装专用软件，这样为企业内部和国内外各方人士浏览、使用和远程 监控提供了极大的方便。它可以使用通用浏览器软件，采用标准的i n t e r n e t 浏览 器，如i e 、n e t s c a p e 等。 ( 5 ) 它也可以使用专用软件。 它除了可以采用通用测览器外，还可以采用专门的浏览器软件。采用专门的 浏览器软件，提供更逼真的色彩和快速响应，适合要求较高的专业人员使用。但 无论采用的是通用浏览器还是专用浏览器，看到的画面都是一致的。 ( 6 ) 这一远程监控系统的远