一种FMS过程监控系统的设计与实现

第２ｌ卷第４期　２００６年１２月　北京机械工业学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｖｏ１．２ｌ　Ｎｏ．４　

Ｄｅｃ．２０ＨＤ６　

文章编号：１００８—１６５８（２００６）０４—００６４—０３　一种ＦＭＳ过程监控系统的设计与实现　

李平芳　，钟建琳　，张　平２　（１北京机械工业学院机械工程系，北京１０００８５；２装备指挥技术学院科研部，北京１０１４１６）　摘　要：针对两套独立系统：Ｆｅｓｔｏ物流系统和Ｃｉｍｓ教学培训系统，提出了使用一台主控　计算机让二者协同工作及对过程进行监控的方案。详细论述了使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线通过ＤＰ口实现　Ｗｉｎｃｃ与西门子Ｓ７—３００系列ＰＬＣ的通讯，以及使用ＯＬＥ控件通过串口通讯方式实现Ｗｉｎｃｅ和Ａ　

—Ｂ　ＰＬＣ的通讯。实现了使用Ｗｉｎｃｅ结合串口通讯方式对实验室不同设备的统一监控和管理。　关键词：ＰＬＣ；Ｗｉｎｃｃ；控件；串口通讯　中图分类号：ＴＰ　２９　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｎ　ＦＭＳ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ＬＩ　Ｐｉｎｇ—ｆａｎｇ　，ＺＨＯＮＧ　Ｊｉａｎ—ｌｉｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｐｉｎｇ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８５，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏｍｍａｎｄ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＂，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０１４１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｔｗｏ　ｓｅｔｓ　ｏｆ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｎａｍｅｌｙ　ｔｈｅ　ｆｅｓｔｏ　ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｉｍｓ　

ｔｅａｃｈｉｎｇ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ａ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈａｔ　ａ　ｍａｓｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｌｅｔ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｊｏｉｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｆｉｂｕｓ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｃｏｍｍｕ—　ｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｗｉｎｃｃ　ａｎｄ　Ｓｉｍｅｎｓ　Ｓ７—３００　ｓｅｒｉｅｓ　ＰＬＣ　ｂｙ　ｔｈｅ　ＤＰ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．ｗｈｉｌｅ　ＯＬＥ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　Ｗｉｎｃｃ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ａ—Ｂ　ＰＬＣ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｕｎｉ—　ｆｌｅｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｒｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｗｉｎｃｃ　ｓｏｆｔ—　ｗａｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｐｏｒｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；Ｗｉｎｃｃ；ＯＬＥ；ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　

Ｆｅｓｔｏ公司的ＦＭＳ物流系统，为模块化结构，主　要由供料单元、检测单元、传送单元、加工单元、操作　手单元和成本分装单元组成。每个单元可独立工　作，还能根据需要任意改变组合顺序，其中供料单　元、检测单元、加工单元、操作手单元以及成品分装　单元控制系统均由西门子Ｓ７—３００系列ＰＬＣ控制，　传送带单元则由Ｌｏｇｏ控制。这些ＰＬＣ模块提供　ＭＰＩ口和ＤＰ口，可以使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线通过ＤＰ口　进行通讯。　实验室原有Ａｍａｔｒｏｌ公司的Ｃｉｍｓ教学培训系　统，该培训系统由传送带、机械手，数控机床、Ｐｃ和　工控机模块组成，其中传送带由Ａ—Ｂ公司的ＳＬＣ　一５００　ＰＬＣ进行控制，机械手由工控机控制，系统包　含两台Ｐｃ机，其中一台用来进行数控机床和机械　手的编程，另外一台安装有Ｃｉｍｓｏｆｔ软件和ＰＬＣ的　编程软件ＲＳｌｏｇｉｘ，用来负责生产调度、作业计划的　管理以及ＰＬＣ编程。如何通过计算机监控Ｆｓｅｔｏ设　备上物料的存取、传送、粗加工、出库、半成品传送至　Ｃｉｍｓ教学系统设备传送带以及由机械手送至机床、　加工完毕后取出、送回仓库的整个过程，并使这两套　不同的系统协同工作，是我们所面临的一个难题：　本文提出的解决方案主要基于Ｗｉｎｃｃ组态软件使用　串口通信方式实现对这两个系统的过程监控。　

１　系统设计　根据系统总体要求，将新的教学培训系统在功　能上划分为２个层次：第１个层次是数据采集显示　和工况数据信息管理监控级——上位机监控系统；　第２个层次是由ＰＬＣ控制系统、检测设备以及驱动　设备组成的控制系统——现场级控制系统。上位机　

收稿日期：２００６—０７—０５　作者简介：李平芳（１９７９一），女，湖南澧县人，北京机械工业学院机械工程系硕士研究生，主要从事ＦＭＳ物流系统中的过程监控及过程优化方　面的研究。　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　李平芳等：一种ＦＭＳ过程监控系统的设计与实现　６５　监控系统主要和现场级设备进行数据通信，负责完　成在线动态显示、现场级设备的运行状态、参数设　置、事件记录存储功能、报警功能，以及控制现场设　备完成设备运行等功能。　新的教学培训系统以一台中央计算机为中心，　实现数据的采集、过程监控及管理。该中央计算机　使用Ｗｉｎｃｃ组态软件，采用总线方式控制多台下位　机。下位机是以多台ＰＬＣ组管理器为核心，配以相　应的传感器、控制和驱动设备组成的现场设备控制　２　系统实现　系统。整个系统使用Ｗｉｎｃｃ实现上位监控系统和现　场设备控制系统问的通信，其中现场设备控制系统　分别为西门子ＰＬＣ控制系统和Ａ—Ｂ　ＰＬＣ控制系　统。西门子ＰＬＣ控制系统中各个ＰＬＣ站点使用　Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ总线通过ＤＰ口组成一个网络，并使用　ＣＰ５６１　１卡和上位机通信；Ａ—Ｂ　ＰＬＣ控制系统直接　使用接口面板上的ＲＳ一２３２和上位机的ＣＯＭ１进　行通讯，其系统设计系统结构框图如图１所示：　

左边虚线框内为Ａ毛现场级设备　右边虚线蘸内为西门子现场ｊ爱设备　

图１系统组成框图　

要实现用计算机进行数据采集和过程监控，重　点在于实现ＰＬＣ与上位计算机的通信。如果采用　高级编程语言实现，则需要熟悉ＰＬＣ及ＰＬＣ网络采　用的通信协议，而工业控制组态软件一般都提供不　同设备的通信驱动程序，用户可以在不了解ＰＬＣ网　络通信协议的情况下，就能够实现ＰＬＣ与上位计算　机的通信。Ｗｉｎｃｃ是一个集成的人机界面系统和监　控管理系统的组态软件，具备强大的二次开发能力，　提供了用于过程数据监控、信号采集、过程数据获取　和登录的系统模块，并提供报表和集成的用户自由　编程功能¨一。因此，系统选用Ｗｉｎｃｃ工控组态软件　实现与西门子公司ＰＬＣ　Ｓ７—３００以及与Ａ—Ｂ公司　ＳＬＣ５／０３之问的通信。　２．１　Ｗｉｎｃｃ与Ｓ７—３００之间的通讯　Ｗｉｎｃｃ和西门子公司Ｓ７—３００的通讯，首先需　要对硬件进行组态　Ｊ，可以使用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ总线通过　ＤＰ口将各个ＰＬＣ连成一网络。硬件组态完毕后，　启动Ｓｔｅｐ７　Ｍａｎｇｅｒ设置各个ＰＬＣ的槽号，并下载程　序至ＰＬＣ，然后启动Ｗｉｎｃｃ，添加新的驱动程序以及　ｓ７协议集，并建立和各个ＰＬＣ　Ｉ／Ｏ对应的变量表。　在通讯基本建立之后，要对各个ＰＬＣ进行过程监　控，只需在Ｗｉｎｃｃ图形编辑器中建立和变量的一一　对应关系即可。　２．２　Ｗｉｎｃｃ与ＳＬＣ５／０，３之间的通讯　我院的小型Ｃｉｍｓ教学系统的ＰＬＣ只装有１个　ＳＬＣ５／０３处理器模块、２个输入模块、１个输出模块　以及１个ＲＳ一４８５网络通信模块。ＲＳ一４８５接口主　要用于与网络上其他设备的通信。由于教学系统规　模较小，而且为了不破坏原有系统的功能，减少投资　成本，所以本文仍沿用Ｃｉｍｓｏｆｔ软件的通信方式，即　选用通信模块的ＲＳ一２３２串口方式实现ＰＬＣ与上　位机通信。要实现它们之间的通信，首先需要将　ＭｓＣｏｍｍ３２．ＯＣＸ控件在操作系统中注册　一（西门子　在其Ｗｉｎｃｃ光盘中提供了注册工具程序）。Ｗｉｎｃｃ　中带有一个全局脚本编辑器，它为开发人员提供一　个功能强大的工具，用于生成用户的Ｃ脚本或ＶＢ—　Ｓｃｒｉｐｔ。生成的脚本可应用于任何地方。本文使用　全局脚本编辑器通过对ＭｓＣｏｍｍ３２．ＯＣＸ控件进行控　制，编制一个从串口采集数据的通讯程序。上位机　工作时，运行这个程序即可实现上位监控系统与串　口采集数据的通讯任务。　然后在运行Ｗｉｎｃｃ控制中心建立的工程中，增　

维普资讯 http://www.cqvip.com 北京机械工业学院学报　第２１卷　加３个内部变量：①用来表示串口输入的８位文本　变量Ｃｏｍｌ—Ｉｎ；②用来表示串口输出的８位文本变　量Ｃｏｍｌ—Ｏｕｔ；③用来表示串口的打开或者关闭的　Ｂｏｏｌ变量Ｃｏｍｌ—Ｏｐｅｎ。　在图形编辑器中加入ＭｉｃｒｏＳｏｆｔ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　６．０串口通讯ＯＬＥ控件　Ｊ，该控件可以使用　

Ｄｉｍ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｅｔ　Ｃｏｎｔｒｏｌ＝Ｓｃｒｅｅｎｌｔｅｍｓ（“Ｃｏｎｔｒｏｌｌ”）　Ｃｏｎｔｒｏ１．Ｃｏｍｍｐｏｒｔ＝１　Ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｅｔｔｉｎｇｓ＝”９６００，ｎ，８，１’’　Ｃｏｎｔｒｏ１．ＩｎＢｕｆｆｅｒＣｏｕｎｔ＝０　Ｃｏｎｔｒｏ１．ＩｎＢｕｆｆｅｒＳｉｚｅ＝５０　Ｃｏｎｔｒｏ１．ＰｏｆｌＯｐｅｎ＝Ｔｒｕｅ　

串口和下位机进行通讯来读取ＰＬＣ数据。使用ＲＳ　一２３２可以实现从ＰＬＣ读取数据。可以使用如下方　式将串口初始化并启动串口，首先插入了一个　ＭｓＣｏｍｍ３２．ＯＣＸ控件，并将其命名为Ｃｏｎｔｒｏｌｌ，然后　在其控件下方添加初始化和读取数据按钮，初始化　按钮的ＶＢＳｃｒｉｐｔ代码如下：　

‘选择通信串口１　‘设置传输波特率，校验位等　Ｊ　‘返回接收数据缓冲区需要处理数据长度　‘定义缓冲区的大小　‘打开通信端口　

整个代码的关键是如何读取和发送需要的字符　串。西门子Ｗｉｎｃｃ提供了在图形中获取属性的函　数，获取属性的函数如下：　ｃｈａｒ　ＧｅｔＰｒｏｐＣｈａｒ（ＬＰＣＴＳＴＲ１　ｐｓｚＰｉｃｔｕｒｅＮａｍｅ，　ＬＰＣＴＳＴＲ１　ｐｓｚＯｂｊｅｃｔＮａｍｅ，　ＬＰＣＴＳＴＲ１　ｐｓｚＰｒｏｐｅｒｔｙＮａｍｅ）　，　参数：ｌｐｓｚＰｒｏｐｅｒｔｙＮａｍｅ＝ＯＬＥ自动化属性名称　返回值：字符性值上指向字符的指针　设置函数属性的函数如下：　ＢＯＯＬ　ＳｅｔＴａｇＣｈａｒ（Ｔａｇ—Ｎａｍｅ，Ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔａｇ　ｉｎ　ｄａｔａ　ｔｙｐｅ”ＬＰＳＴＲ”）　参数：Ｔａｇ—Ｎａｍｅ＝变量名　返回值：类型ＢＯＯＬ的属性值。　因此根据以上分析，读取数据按钮编写代码如　下：　．