姜亦曉，賈秀芹

（濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司，山東濰坊 261100）

WM 4－160型轉子式混砂機、ASK 180型砂處理雙盤冷卻器是濰柴動力（濰坊）鑄鍛有限公司于2010年從德國KW公司引進。混砂機包含1套高效強力轉子混砂機和1套型砂性能自動在線檢測裝置，分別用于混制造型線用潮模型砂和檢測型砂的性能指標。冷卻器用于造型線舊砂處理系統(tǒng)，為自動造型線回砂降溫增濕。在鑄鍛公司工業(yè)園區(qū)二期項目初期沒有Mipro控制系統(tǒng)，KW混砂機與冷卻器各自獨立控制,且無法遠程監(jiān)控和修改參數(shù)，不利于整個砂處理系統(tǒng)的系統(tǒng)控制，因此經論證對砂處理控制系統(tǒng)進行改造，增加了一臺工業(yè)計算機，組成Mipro型砂控制系統(tǒng)。Mipro系統(tǒng)包括混砂機系統(tǒng)中的全自動水定量裝置Micomp Uni和VEDIMAT型砂測試系統(tǒng)以及冷卻器系統(tǒng)中的全自動水定量裝置Micomp Uni。依賴于Mipro控制系統(tǒng)與混砂機和冷卻器電控系統(tǒng)（電控系統(tǒng)都是采用的西門子PLC技術）實時數(shù)據通訊，通過該控制系統(tǒng)可以通過選擇不同的界面，查看 Mixer、Cooler、Vedimat的設備信息、生產、工藝信息。也可以查看完整的Mipro控制設備的畫面，可以顯示和控制粘土重量、固體重量、PLC參數(shù)數(shù)據等。另外，還有數(shù)據庫、混砂動態(tài)和校正、統(tǒng)計等功能。組成系統(tǒng)還用于后期實施的工藝參數(shù)大屏幕LED屏現(xiàn)場展示和遠程監(jiān)控。

1 系統(tǒng)構成與特點

1.1 Mipro控制系統(tǒng)簡介

Mipro(the modular quality assurance－process control－data analysis and visualization system for your moulding sand preparation)[1]控制系統(tǒng)引進于Michenfelder公司，此控制系統(tǒng)主要功能包括用戶管理功能；數(shù)據查詢功能；解析功能；設備遠程監(jiān)控功能；歷史圖表功能以及數(shù)據統(tǒng)計功能等。用戶管理功能：管理員用戶可以建立新用戶和分配進入授權，改變系統(tǒng)背景下程序語言，可以改變與其相連的Micomp Uni等設備的全局和配方參數(shù)；另外，他有權在數(shù)據庫中進行編輯；普通用戶允許進行各個配方的水分校正，允許確認故障，查看各種設備頁和包含趨勢的數(shù)據庫等。數(shù)據查詢功能：可以編譯或查詢報警、以及批次的統(tǒng)計和查詢。解析功能：為管理員提供不同參數(shù)時，校正分析。設備遠程監(jiān)控功能：通過選擇屏幕中相應的設備按鈕，進入與設備現(xiàn)場完全一樣的控制界面，管理員就可以做相應的設備操作和參數(shù)設置，如圖1所示。歷史圖表功能：可以查看選擇的參數(shù)的歷史曲線，如圖2所示。

圖1 Mipro控制界面

圖2 參數(shù)歷史曲線

1.2 Micomp Uni和 VEDIMAT簡介

全自動水定量裝置Micomp Uni：該系統(tǒng)設計用于濕度范圍在2.0%～6.0%之間的造型砂，型砂溫度的測量范圍在0～100℃之間。Mipro根據實際溫度和濕度計算出必要的特征參數(shù)，這些特征參數(shù)在調試時要按實際情況進行調整，如果需要，還可隨后將其優(yōu)化（例如在全負荷狀態(tài)下）。

Vedimat型砂測試系統(tǒng)的工作基礎是型砂的濕度和緊實率之間有密切的影響關系。僅在混砂機中使用Micomp Uni濕度控制系統(tǒng)意味著，不僅濕度得到了完全的控制，與此相關的緊實率也得到了控制（只要型砂成份保持恒定）。

Micomp Uni的主要任務是可靠準確地測量濕度，控制定量加水，以平衡型砂溫度和水份含量對混砂結果帶來的影響。僅使用Micomp Uni系統(tǒng)不能控制由型砂成份變化引起的緊實率變化。Vedimat的主要任務是檢測出慢慢但不停變化的型砂成份和對緊實率以及壓實強度的影響 (或多或少地由回砂，新砂，膨潤土和細粒粉塵等)。通過不斷調節(jié)加水量，Vedimat和濕度控制系統(tǒng)Micomp Uni的協(xié)調工作保證了恒定的型砂緊實率，其偏差很小。即使生產過程中緊實率有很小的變化也能被檢測到并得到調節(jié)。Vedimat+Micomp Uni形成了一個互相獨立又互相控制的系統(tǒng)。使用Vedimat和Micomp Uni意味著，即可以按照恒定濕度制備型砂，也可以按照恒定緊實率控制型砂。

2 Mipro在砂處理系統(tǒng)中的應用

2.1 硬件通訊網絡

鑄鍛公司工業(yè)園區(qū)二期項目初期沒有Mipro控制系統(tǒng)，混砂機系統(tǒng)安裝時采用Vedimat→Micomp Uni→Siemens S7(6ES7 138-4DF01-0AB0)的連接方式用于設備間的數(shù)據通訊。后新增Mipro控制系統(tǒng)，Mipro與各設備網絡連接如圖3所示。

圖3 網絡連接圖

這樣可以通過Mipro豐富直觀的用戶界面顯示眾多工藝參數(shù)和曲線，另外可以通過局域網實現(xiàn)遠程監(jiān)控和數(shù)據歸檔，其中造型線最關心的型砂質量參數(shù)可以通過現(xiàn)場大屏幕LED屏實時展示，指導操作者隨時調整混砂配方，其顯示的數(shù)據分別是：混砂批次（batch of sand mixing）、水分含量（Content of water）、緊實率（Rate of packing）、濕壓強度（Green compression strength）。

2.2 Mipro與PLC數(shù)據通訊

圖4 通訊數(shù)據描述

圖4 是Mipro發(fā)送到PLC的數(shù)據循序和格式位數(shù)，PLC接收到這些數(shù)據后可以由Wincc的遠程發(fā)布技術通過局域網實現(xiàn)遠程監(jiān)控，同時可以通過現(xiàn)場大屏幕LED屏實時展示，方便現(xiàn)場操作者和工藝人員快速掌握實時信息。

以Mipro工控機為中心形成數(shù)據通訊網絡，啟動 Mipro 控制系統(tǒng)、Micomp Uni、Vedimat后，發(fā)現(xiàn)Mipro控制系統(tǒng)不顯示Micomp Uni數(shù)據，LED屏除從PLC直接獲取的“混砂批次”數(shù)據正常顯示外，其他從Mipro獲取的數(shù)據都顯示為0。說明PLC沒有接收到Mipro發(fā)送的數(shù)據，可能的原因是數(shù)據接口或發(fā)送方式不匹配，檢查Mipro電腦和Siemens S7(6ES7 138-4DF01-0AB0)RS232端口設置正常[1]，見圖5和圖6。

研究發(fā)現(xiàn)，Micomp Uni、Vedimat參數(shù)中 C 參數(shù)中的C20和C35用于RS232端口設置，見圖7。

圖5 電腦端口設置

圖6 Siemens程序端口設置

圖7 參數(shù)說明

修改 Micomp Uni上的參數(shù) C20=3，C35=0，Mipro正常顯示Micomp Uni數(shù)據，但LED屏上仍不能顯示水分含量、緊實率濕壓強度數(shù)據。

經觀察發(fā)現(xiàn)，Micomp Uni上的 C（Durcker/Mipro） 連接到混砂機 PLC系統(tǒng) 6ES7 138－4DF01－0AB0 接口模塊上時，6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈是持續(xù)閃爍的，這時混砂機配備的大屏幕LED屏顯示正常的數(shù)據；改為從Mipro電腦上的com5連接混砂機PLC系統(tǒng)6ES7 138－4DF01－0AB0 接口模塊后，6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈只在混砂期間短暫的亮了一下，混砂機配備的大屏幕LED屏不顯示數(shù)據。

用示波器檢測Sub－D的③腳TXD對⑤腳GND的輸出發(fā)現(xiàn)，混砂快結束時示波器接收到短暫的信號，此時6ES7 138－4DF01－0AB0上的RX燈短暫的亮了一下。用示波器檢查其他端口，發(fā)現(xiàn)只有當修改Mipro上的參數(shù)時，COM3和COM4上能輸出信號。但是COM1接口則與COM3和4不同。COM1只有當設備的混砂工序進行完畢后，才能采捕到信號。為檢查Mipro的COM1是否正確的輸出了數(shù)據，通過“超級終端（Hyperterminal）”程序進行數(shù)據輸出測試?；焐敖Y束時收到數(shù)據，說明COM1正確的發(fā)送了數(shù)據，見圖8。

圖8 通訊界面

研究分析PLC程序，F(xiàn)C92通過調用FB2將數(shù)據從6ES7 138-4DF01-0AB0接收后保存到DB93，F(xiàn)C100通過調用 FC95將 DBB37-DBB42、DBB136-DBB141、DBB144-DBB149 的字串型變量轉換為雙整數(shù)，然后分別寫入到PAW524、PAW526、PAW528，對應LED屏顯示水分含量、緊實率、濕壓強度。

Siemens S7 (6ES7 138－4DF01－0AB0)RS232端口連接至Micomp uni接收數(shù)據時，LED屏正常顯示，DB93數(shù)據如圖，改為從Mipro接收后，LED屏顯示數(shù)據為0。

圖9 DB93數(shù)據

圖10 DB93數(shù)據

經比較圖9、10發(fā)現(xiàn)，將Siemens S7(6ES7 138－4DF01－0AB0) 的連接方式從 Micomp Uni改為Mipro以后，所有的數(shù)據都下移了一個字節(jié)。

查看PLC控制程序FC137發(fā)現(xiàn)，程序只能將30～39范圍內（ascⅡ碼，對應數(shù)字 0－9）的數(shù)字型的字串型變量轉換為雙整數(shù)。監(jiān)控FC100，DBB37 －DBB42、DBB136 －DBB141、DBB144 －DBB149的字串型變量不在30～39范圍內（ascⅡ碼，對應數(shù)字 0～9），轉換為雙整數(shù)出錯，PAW524、PAW526、PAW528為0，因此LED屏顯示水分含量、緊實率、濕壓強度為0。

對比Mipro數(shù)據輸出的協(xié)議，Mipro首先輸出了起始位和字符SE6EM2PR3,共占用了10個字節(jié)，從11個字節(jié)開始陸續(xù)發(fā)送數(shù)據代碼和數(shù)據，其中第11個和第12個字節(jié)發(fā)送的是配方代碼“R”“N”，而 Micomp Uni用于連接 PLC 時（C20=1，C35=1）的輸出協(xié)議可能是無起始位和起始字符的，相比Mipro多發(fā)送了一個參數(shù)，從10個字節(jié)才開始陸續(xù)發(fā)送配方等數(shù)據代碼和數(shù)據，第10個和第11個字節(jié)發(fā)送的是配方代碼“R”“5”。

通過修改西門子PLC控制程序（見圖11），以獲取正確的數(shù)據。

圖11 PLC程序

Mipro系統(tǒng)各設備及西門子PLC之間數(shù)據通訊正確后，Mipro控制系統(tǒng)可以實時準確的顯示各設備的運行狀態(tài)、可以修改各設備全局和配方參數(shù)，以及相應的故障確認等操作，大屏幕LED屏顯示數(shù)據正常。

3 總結

本文研究了 Mipro系統(tǒng)（Mipro、Micomp Uni、Vedimat）與西門子PLC之間數(shù)據通訊問題。成功應用于砂處理系統(tǒng)中，通過Mipro系統(tǒng)實現(xiàn)對KW混砂機、KW冷卻器以及LED生產信息可視化系統(tǒng)的監(jiān)控、校正配方參數(shù)等。通過增加一臺Mipro工業(yè)計算機，組成Mipro型砂控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個砂處理系統(tǒng)的系統(tǒng)控制，以及各設備遠程監(jiān)控和修改參數(shù)功能，管理人員在控制室中可以對現(xiàn)場設備狀態(tài)了如指掌，并且可根據需要實時校正工藝參數(shù)，提高了生產線的自動化水平，生產效率、產品質量，減少了勞動力成本以及勞動強度。