精密铸造生产线实时监测系统的设计与实现.doc

精密铸造生产线实时监测系统的设计与实现帆嘲脚电子测量技ELECTRoNlC术TECHNoLoGY第31卷第7期2008年7月精密铸造生产线实时监测系统的设计与实现张勇金伟曲秀云袁东辉(东北大学秦皇岛分校智能测控研究所秦皇岛066004)摘要:本文针对某铸造车间先进的精密铸造生产线上存在的不能实时监测现场生产情况的问题,开发了一套嵌入式实时监测系统.采用soc型单片机C8051F022实现现场数据的实时采集,并与工业以太网控制芯片CP2200结合实现了标准的以太网接口.根据不同的监测需求采用了RS485,RS232,Ethemet三种通信方式分别实现了现场LED大屏幕的显示,上位机VB监控界面的显示及对单片机的控制,单片机作为web服务器与网络上客户机的通信从而达到了网络远程监视与控制的目的.关键词:TCP/IP;VB6.0;铸造;实时监控;串口通信中图分类号:1P368文献标识码:ADesignandrealizationofrealtimemonitoringsystemonproductlineofexactfoundryZhangYongJinWeiQuXiuyunYuanDonghui(InstituteofIntelligentControl&Measurement,NortheasternUniversity,Qinhuangdao066004)Abstract:Thispaperintroducesanembeddedmonitoringsysteminordertoresolvetheproblemthatonefoundrycantmonitorthestatusofproducingonitsadvancedexactproductlines.ItnotonlyrealizesReal-timeinformationacquisitionoftheproductlinesbyusingofthesingle-chipofC8051F022,butalsoachievesthestandardinterfaceofethemetnetworkworkingtogetherwithSingle-chipEthemetControllerofCP2200.Accordingtoseveraldifferentneedofmonitoring.theembeddedsystemmakesthreemethodsofcommunicationaboutRS485.Rs232andEthernettogetherinordertorealizethefollowingfunctions:RealtimedisplayingofthebigLEDscreensontheproductline,communicatingwithVB6.0monitoringprograminPCtOcarryoutdisplayingandcontrollingaboutsingle-chip.andthenmakingsingle-chipworkasawebserverSOthatclientusercansupervisethestatusofproductlinesvianetwork.Sofarusingthesysteminthefoundry,ithasmadetheproductionandmanagementgreatprogress.Keywords:TCP/IP;VisualBasic6.0;Found;realtimemonitorcommunicationofserialport0引言目前铸造工厂的精密铸造车间在引进先进的自动化流水线技术对零件的铸造过程实现一体化工艺后,对比传统的工艺流程其铸造生产的机械化自动化程度有了很大的提高,大大提高了铸件的产量和合格率,促进工厂生产能力的提高.尽管如此,但管理效率低下,管理者对现场生产线的铸件数目,铸件效率,故障时间不能实时的监视,生产线上的作业工人无法实时了解到当时的工作效率,缺少一套能够与其自动化流水线相配套的实时监控系统.本文设计出一套完整的铸造生产线监控系统,现场的每条生产线的实际铸件数,计划铸件数,完成效率,生产线停产时间能够实时显示在PC的VB6.0的监控界面上;在每条生产线上安装的大LED显示屏实时显示计划铸件数,实际铸件数,完成效率,停产时间;同时管理者也可以通过网络监视到每条生产线的运行状况.这样扩大的整个监控系统的覆盖范围,实现了现场数据资源的共享,大大提高了生产和管理的效率.l铸件生产线监控系统设计系统总体设计如图1所示,单片机采集现场的5条生产线的开关信号,其中开关信号是由PLC控制继电器的闭合与断开来实现的,继电器平常处于常开点,有铸件生产时PLC控制其吸合后断开,实现稳定的开关信号.获取到的开关信号,经单片机处理后输出数据,其输出通道有3个:(1)通过串口1以RS232的通讯标准与PC的vB监控界面通讯,VB界面能够通过串口给单片机发控制命令;(2)同时单片机获取到的开关信号通过串口2以RS485通讯方式与每条铸造生产线的LED显示屏里的STC12C2052单片机通信,单片机负责驱动对应的LED?137?第31卷电子测量技术数码管显示;(3)通过以太网控制芯片CP2200,实现TCP/1P协议,使单片机直接与网路上的客户机通信,使得远端客户端能够直接监控现场生产线口.在此系统中采用了单片C8051F022_2,它使用SiliconLaboratories的专利CIP-51微处理器内核,与MCS-51指令集完全兼容,它带有的两个全双工UART正好用于系统两个通道的串口通讯,它的64K的程序存储空问与256字节的数据RAM及位于外部数据存储器地址空问的4K字节的XRAM能够容纳整个系统的程序部分,8个1/O口能够满足现场数据采集及网络扩展部分.图1系统设计总体框架1.1现场LED显示屏及其电路结构其中5条生产线中的GP线的I.ED显示屏如图2所示,I.ED屏幕需要显示4组数:计划量,实绩量,达成率,停机时间,每组数由4个八段共阳的数码管显示,控制芯片采用的是超强抗干扰性,低功耗的51内核单片机sTC12C2O52,为了达到更好的显示效果,采取了一个单片机与4个锁存器一起来控制4个LED的静态显示的方法.4组数由4个独立的单片机来控制显示,现场其他的4条生产线I.ED显示屏的显示方式与GP线等同,5个显示屏的所有单片机的串口通信线同时连接到主控制器C8051F022的串口上,通过设置一定的串口通信协议格式,使得各个显示屏上单片机能够识别发往本显示屏的数据.单片机控制LED显示的主要电路如图3,其设计原理如下:单片机把从串口获取的数据处理后以P1口作为4个74HC373的8位数据输入,4路8位输出通过控制三极管的导通与截止来驱动4个八段数码管,数码管公共端拨?1V电源,4个锁存器的使能端通过P3.2一P3.5控?】38?制,从而实现4个数码管的数据的静态显示.STC单片机与主控制器C8051F022之问的通信,考虑到显示屏与监控室的距离及现场的环境,采用半双工的RS485通信方式,因其具有高噪声抑制,宽共模范围,长传输距离,冲突保护等特性,能够较好的适应现场环境的干扰与距离等因素,为了达到更好的通信效果,采用波特率1200b/s进行通信.图2GP线生产现况版图3铸造生产线IED显示屏电路1.2上位机VB6.0的监控界面的设计与实现监控界面使管理者能够实时监视生产线的工作状况,换班时不需记录上一班的铸件个数,生产结束后不需专人向管理人员汇报数据等,这些数据都交给上位机进行存储处理,使得管理更加方便,有效,其监控界面如图4所示.由于主单片机所在的电路板嵌入监控室的主机箱里,单片机与监控机的距离较近,故C8051F022采用全双工RS232通信方式与监控机通信,将单片机处理送上的数据实时的显示在VB监控程序上,数据的显示是通过控件MSComm来实现的_3,MSComm控件的属性设置的要与单片机的波特率及数据传输格式一致,然后通过VB程序张勇等:精密铸造生产线实时监测系统的设计与实现第7期从MSComm控件中读取单片机发来的数据处理然后显示.图4监控室计算机监控界面本监控软件能够实时的监测现场5条生产线的工作状态,对每条生产线能够给予一定的控制,当铸造零件的型号不一样的时候,调整计划时间.交接班时总清零,单屏清零,清零的同时把对应的数据保存到excel表里4,便于查询与打印.软件提供管理模式和非管理模式,防止数据的破坏,提高了安全性.1.3单片机C8051F022实现网络通信的设计与实现采用C8051F022与CP2200实现单片机与网络间的通信,CP2200Es3是近两年来SiliconLaboratories宣布推出的一款业界体积最小,性能最高的单芯片工业以太网络控制器,它集成了IEEE802.3以太网媒体访问控制器(MAC),10Base-T物理层(PHY)和8KB非易失性FLASH存储器的单芯片以太网控制器.单片机通过与CP2200的接口部分的数据线,地址线,控制线来操作CP2200芯片的内部寄存器,从而实现了单片机结合CP2200的网络通信模块.其主要的连接电路如图5所示.CP2200的8位并行总线接口支持Intel和Motorola总线方式,可以使用复用或非复用的方式寻址.M0TXEN接地表示工作在Intel总线方式,MUXEN接地表示工作在地址数据非复用方式.读写控制由C8051F022的P4.6,P4.7控制,CP2200片选端接地有效,中断引脚接单片机的P2.2,其RX+,RX一,TX+,TX一四个引脚连接到带有脉冲变压器和隔离功能的RJ45口.这样通过两个芯片间的线路的连接,单片机可以直接读写CP2200的寄存器,来控制以太网芯片的各种功能.单片机读写CP2200的程序如下:voidCP2200一Read(unsignedcharAddr,unsignedchar*Data)P6一Addr;P74OUT:P740UT&0x3f;/P7设为漏极开路允许输入P7=0xff;P4=P4&Oxbf;/读有效Delaylus(10);*Data=P7;P4=P410x40#/读无效)voidCP22OOWrite(unsignedcharAddr,unsignedcharData)P6一Addr;P74OUT:P74(UT10xc0/P7设为推挽输出P7=Data;P4=P4&0x7f;/写有效Delaylus(10);P4=P410xS0;/写无效P74OUTP74OUT&0x3f;/P7设为漏极开路允许输入P7一Oxff;)+3V图5C8051F022与CP2200的接口电路由于TCP/IP6协议本身的完备性及其细节的复杂性,使得微控制在实现此协议时做了一定的取舍,为了达到监控的目的,只实现了其中的一部分本系统需要用到的协议,CP2200提供了一个发送以太网包的简单接口,单片机把待发的数据封装成以太网数据包l_7,装载进CP2200的发送缓存即可,正如其他IEEES02.3要求,如前同步码,帧开始界定符,CRC和填充,都是自动生成的.通过C8051F022配置好接收缓存控制器,CP2200能自动存储需要的接收包进入接收缓存,单片机读取缓存数据从而来实现单片机与网络之间的通信.在单片机上实现web服务器功能8,网络上的客户机访问服务器就可以显示出现场工作状况的HTMI网页.整个网络通信模块的主要程序流程图6.?139?第31卷电子测量技术开始初始4gcP22OO物理层MAC层清空CP2200接收缓来收到确认重传接失效重置连接状态数据包关闭不活动连接重发新缓存时间到更新缓存图6C8051F022单片机的网络通信模块程序流程图单片机实现的易的TCP/IP协议栈,以单片机作为Web服务器,其他客户机以HTTP超文本传输协议格式请求与服务器连接,单片机能够每隔一段时间把HTTP响应报文格式发送给客户机,报文的数据部分采用HTML语言格式,在其中把生产线上采集处理过的数据包含在里面一起传给客户机.这样在客户端就可以显示出动态更新的生产线监测界面了.2结论全可靠,提高了铸件的生产效率.其中将单片机上的实现TCP/IP协议使得微控制芯片可以直接与网络进行通信这一技术成功运用于铸造生产线现场,极大的拓展了控制系统的覆盖范围及数据的共享能力.TCP/IP协议栈固有的优点,使得通过网络传输的数据其可靠性及系统的稳定性都有极大的增强.利用微控制器实现TCP/IP协议进而实现与网络的通信这一技术应用前景是不可估量的,在各种智能仪表,家用电器,工业设备,交通工具上都可以嵌入这一设计思路,使得越来越多的设备实现网络化功能,为监视与控制提供更加简洁,方便的平台.参考文献张民喜,尹忠海,王国伏.基于TCP/IP网络的分布式热网监控系统的研制EJ3.仪器仪表,2007,28(5):893-898.张迎新,雷文,姚静波.C8051F系列SO(2单片机原理及应用M.北京:国防工业出版社,2005:1324.马玉春.计算机监控技术与系统开发M.北京:清华大学出版社,2007:7-39.电脑编程技巧与维护杂志社.VB编程技巧典型案例解析M.北京:中国电力出版社,2005:57-61.S10II.RR2OO6.CP2200/1Single-chipEthernetControllers.周海瑞.嵌入式TCP/IP协议栈的设计与实现D.西安:西北工业大学,2007:7-49.谢希仁.计算机网络FM.第四版