（检测技术与自动化装置专业论文）铜板带加工系统接口设计.pdf

中文摘要 摘要 目前我国铜加工业大而不强，技术经济指标不够先进，企业规模较大，但技 术和管理水平相对落后。管理与生产脱节的现象普遍存在。因此，实现“数字化 制造”、“信息化工厂 ，使企业的管理与生产紧密地结合，实现生产过程中的各个 要素如订单、物资、工艺、质量等在工序之间的流动连续性，确保生产部门制定 的作业计划能够及时地下发到生产操作人员，技术部门为产品制定的制造工艺能 够准确的在设备上执行，从而保证生产按照预定计划完成及完成的结果符合工艺 要求，是本论文的主要研究目的。 本文对铜板带加工系统的接口进行了总体设计，并着重对铜板带加工过程中 的最后一道工序一剪切工序进行了接口设计。整个系统的接口设计依托于中国某著 名铜加工企业正在实施的高精度铜板带加工系统项目，采用c s 模式，使用p l c 和m i c r o s o f t n e t 控制等技术，实现了剪切工序接口的设计，包括p c s ( 过程控制 系统) 与m e s ( 制造执行系统) 的连接和p c s 与基础自动化的连接。通过接口来 完成m e s 系统的作业计划下发和工艺执行，并采集生产数据作为生产报告回馈给 m e s 系统，同时提供生产设备( 剪子) 的工作状态。本设计已经被该铜加工企业 和剪切设备制造商采用，项目目前正在实施中。 由于铜加工行业的生产特殊性，如每道工序的质检需要人工干涉，开卷需要 人工上料等，不可能完全实现自动化生产。本设计已经将铜加工的生产自动化程 度推到目前国内的领先地步，实现了生产和信息化的接口，因此有很大现实意义。 关键词：接口；制造执行系统；过程控制系统；基础自动化 英文摘要 a b s t r a c t a tt h ep r e s e n tt i m e ，c h i n a sc o p p e rp r o c e s s i n gi n d u s t r yi sb i g ，b u tn o ts 仃o n g t h e t e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e xi sl o w t h es c a l eo ft h ee n t e r p r i s ei sl a r g e ，b u tt h el e v e lo f t h et e c h n o l o g ya n d m a n a g e m e n ti sr e l a t i v e l yb a c k w a r d t h ep h e n o m e n o no fd i s l o c a t i o n b e t w e e nm a n a g e m e n ta n dp r o d u c t i o ni s w i d e s p r e a d t h e r e f o r e ，t h er e a l i z a t i o no f “d i g i t a lm a n u f a c t u r i n g ”，i n f o r m a t i o nf a c t o r y t om a k es u r eac l o s e l yl i n kb e t w e e nt h e m a n a g e m e n ta n dp r o d u c t i o n ；t h er e a l i z a t i o no ff l o wc o n t i n u i t yo ft h ev a r i o u se l e m e n t s i nt h ea c t u a lp r o d u c t i o ns u c h 私o r d e r s ，m a t e r i a l s ，t e c h n o l o g y , q u a l i t ya n de t c ，b e t w e e n p r o c e s s e st oe n s u r et h eo p e r a t i n gp l a nf r o mt h ep r o d u c t i v es e c t o rb es e n ti nt i m et ot h e u n d e r g r o u n ds t a f fa n dt h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s sf r o mt h et e c h n i c a ld e p a r t m e n tb e i m p l e m e n t e do nt h ed e v i c e ，f l e et h em a i np u r p o s eo ft h ep a p e r , t h a ti s ，t oe n s u r et h e p r o d u c t i o nb ec o m p l e t e di na c c o r d a l i c ew i t ht h es c h e d u l ea n dt h er e s u l tb ei nl i n ew i t h t h ep r o c e s s t h ep a p e rh a sm a d ea no v e r a l ld e s i g no ft h ei n t e r f a c eo ft h ec o p p e rp r o c e s s i n g s y s t e m e s p e c i a l l y f o c u s e do nt h ef i n a l p r o c e s s o ft h e c o p p e rp r o c e s s i n g s y s t e m m s h e a r i n gp r o c e s sa n dm a d ead e s i g no fi t si n t e r f a c e t h ew h o l ei n t e r f a c e d e s i g no ft h es y s t e mr e l i e so nt h ep r o j e c to fab e i n gi m p l e m e n t e dc o p p e rp r o c e s s i n g s y s t e mb e l o n g st oaw e l l k n o w nc o p p e rp r o c e s s i n ge n t e r p r i s ei nc h i n a t h ei n t e r f a c e t a k e su s eo fc sm o d e l ，p l ca n dm i c r o s o f t n e tt e c h n o l o g ya n de t c ，r e a l i z e st h e i n t e r f a c ed e s i g no ft h es h e a f i n gp r o c e s s t h ei n t e r f a c ei n c l u d e st h ec o n n e c t i o nb e t w e e n p c s ( p r o c e s sc o n t r o ls y s t e m ) a n dm e s ( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ) ，t h el i n ko f p c sw i t hb a s i ca u t o m a t i o n t h r o u g ht h ei n t e r f a c e ，w ec a ns e n tt h eo p e r n i n gp l a nf r o m t h em e sa n di m p l e m e n tt h ep r o c e s s e s ，c o l l e c tt h ep r o d u c t i o nd a t aa n d r e p o r tb a c kt ot h e m e s ，a t t h es a m e t i m e ，p r o v i d e t h e w o r k i n gc o n d i t i o n o ft h e p r o d u c t i o n e q u i p m e n t ( s h e a r i n ge q u i p m e n t ) t h ed e s i g nh a sb e e na d o p tb yt h ec o p p e rp r o c e s s e n t e r p r i s e a n dt h e s h e a r i n ge q u i p m e n tm a n u f a c t u r e r t h ep r o j e c ti sn o wb e i n g i m p l e m e n t e d d u et ot h es p e c i a ln a t u r eo ft h ec o p p e rp r o c e s s i n gi n d u s t r y , s u c ha st h en e e df o r m a n u a li n t e r v e n t i o ni ne a c hp r o c e d u r ea n da r t i f i c i a l f e e d i n gw h e no p e nt h ev o l u m e ， 英文摘要 t h e r ec a l ln o tb eac o m p l e t e l ya u t o m a t e dp r o d u c t i o n t h i sd e s i g nh a sp u tt h ea u t o m a t i o n l e v e lo ft h ec o p p e rp r o c e s st ot h el e a d i n gd o m e s t i cl e v e l ，r e a l i z e dt h ei n t e r f a c eb e t w e e n t h ep r o d u c t i o na n di n f o r m a t i o n ，i ti sa l s oo fa g r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：i n t e r f a c e ；m e s ；p c s ；b a s i ca u t o m a t i o n 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成硕士学位论文：塑拯萤加工丕统撞旦遮让= = 。除论文中已经注明引用的内 容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表 的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：高鲞 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密团( 请在以上方框内打“”) 论文作者签名= 高岩导师签名岛即菇 日期：劫p 7 年7 月弓日 铜板带加工系统接口设计 第1 章绪论 1 1 课题背景及研究意义 “十五 期间，中国铜加工业发展迅速，铜加工材产量已连续4 年居世界第 一位，中国已经成为世界重要的铜材生产、消费和国际贸易大国。为了不断提升 中国铜加工业在世界的地位，中国铜加工业正在逐渐向创新型转变。 现代化的铜加工业体系已经初步形成，但是中国铜加工业大而不强，技术经 济指标相对落后，企业规模虽然较大，但技术水平和装备先进与落后并存、管理 与生产的脱节等弊端依然普遍。因此，实现“数字化制造”、“信息化工厂 ，使企 业的管理与生产紧密结合，成为铜加工企业普遍关注的焦点。【h 】 由于铜加工行业的生产工艺复杂，流程多变，自动化程度相对较低，更多的 时候生产主要依靠产业工人的技术熟练程度和自觉性，才能保证产品的质量。因 此，对于每个客户订单的生产计划( 作业计划) ，在制定和执行过程中，需要用一 种手段来提示生产操作员，按照预定的计划和工艺生产，同时也需要将生产的结 果回馈给计划制定者( 生产部门) ，来监督生产人员是否按照计划和工艺生产。这 也是项目厂商所要求的“计划和工艺的一致性。 本文研究的高精度铜板带加工系统采用目前最先进的铜加工技术，要求生产 机列( 生产机列是由若干台套生产设备组成，通过控制系统来协调工作) 设备配 备过程控制系统( p c s ) ，同时要求p c s 提供与制造执行系统( s ) 的软件接口， 以便实现计划和工艺的一致。即工艺和作业计划一同下发到机台，要求现场操作 者严格按照计划和工艺生产，在生产结束后，需要生产机列的p c s 提供生产报告， 用于确认计划和工艺的执行情况。 本设计就是实现p c s 和m e s 之间的接口，这个接口包括两个基本部分： 一、m e s 的计划和工艺接收、执行和反馈。 接收来自m e s 的作业计划和生产工艺，在按照计划生产时，将产品工艺按照 设备要求的格式提供给生产机列，在生产结束后，将机列执行的结果反馈给m e s ， 同时标记作业计划完成。 第1 章绪论 二、p c s 与设备之间的工艺参数传递。 接口转换后的工艺数据，按照机列的要求下发给自动控制控制系统，在生产 活动结束后，从基础自动化( 现场设备) 中采集生产过程中产生的数据，转换后 保存，供m e s 查询。 只有实现了这个两个基本功能，才能实现计划和工艺的一致性的要求。才能 最大程度的实现铜带压延加工的自动化程度和生产计划的可操作性。保证生产有 计划可依，产品有生产报告可查。 1 2 国内外研究现状综述 在整个企业信息化的发展过程中，信息系统的架构问题由于m e s ( 制造执行 系统) 的不断发展而得到了丰富和发展。信息系统的架构已逐步形成合理的体系 结构，其结构框架从图1 1 所示的五层p u r d u e 模型演化为图1 2 所示的四层工业控制 网络体系结构。即e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企业资源计划) m e s p c s 基础自动化架构。【5 】 图1 1p u r d u e 模型 f i g 1 1p u r d u em o d e l 我国冶金行业的计算机控制系统通常采用图1 2 所示四层架构。四层通过工业 以太网连接。自下而上依次是：一级基础自动化，包括p l c ，传感器，执行器，i o 铜板带加工系统接口设计 等现场设备；二级过程控制系统，主要实现数据记录和管理、过程跟踪、设定计 算等功能；三级为制造执行系统，实现工序详细调度、资源分配和状态管理、生 产单元分配、过程管理、人力资源管理、维护管理、质量管理、文档控制、产品 跟踪和产品清单管理、性能分析和数据采集；四级为计算机管理系统，以e r p 为代 表的管理信息系统，对企业的三大流，即物流、资金流和信息流进行全面一体化 管理。【6 1 0 l 工业以太网 z a t e r a e t i 口，】， 口 一 z c v n 口 _ j t c p 力口 w p i p 图1 2 工业控制网络体系结构图 f i g 1 2c o n t r o ln e t w o r ka n ds t r u c t u r e 计算机管理系统 制造执行系统 过程控制系统 基础自动化 过程控制系统主要针对工业现场参数，如温度、压力、流量、液位、成份和 物性( 如张力、速度) 等参数的控制问题，采用各种自动检测仪表、控制仪表、 显示仪表及计算机等自动化仪表和装置，对整个生产过程进行自动检测、监督和 控制，以实现各种最优控制和经济指标，保证生产的质量和产量，提高经济效益 和劳动生产率，节约能源，改善劳动条件，保证生产安全，保护环境，减少污染 等。过程控制技术，从控制手段来分，依次经历了人工控制、模拟仪表控制、计 算机集中监督控制系统、分散控制系统和现场总线控制系统五个阶段。是一个从 第1 章绪论 简单形式到复杂形式，从局部自动化到全局自动化，从低级智能到高级智能的发 展过程。当自动化技术由模拟仪表向智能仪表发展，过程控制技术由分立设备向 共享设备发展，由计算机网络技术向现场延伸。【l l 】 e r p 是一种主要面向制造行业进行物质资源、资金资源和信息资源集成一体 化管理的企业信息管理系统。通过运用e r p ，企业能够利用计算机对企业的资金、 货物、人员和信息等资源进行自动化管理，具有制造，办公操作，供应链管理， 人力资源管理，项目管理，财务与管理，客户服务，销售与市场营销等商业功能。 企业资源计划对于在企业高度普及计算机辅助管理，实现企业管理信息化和自动 化，提高工作效率和增强快速反应能力，都具有十分重要的意义。 1 2 - 1 4 】 在国外，e r p 得到了广泛的应用，并迅速转化为现实生产力，成为推动企业 发展的巨大动力，国内各种企业也掀起了实施e r p 的高潮。 但是，随着实践的增多，e r p 中的一些问题也暴露出来。e r p 软件主要是针 对资源计划，这些系统通常能处理昨天以前发生的事情( 作历史分析) ，亦可预计并 处理明天将要发生的事件，但对今天正在发生的事件却往往留下了不规范的缺口。 导致传统生产现场管理只是一个黑箱作业，这已无法满足今天复杂多变的竞争需 要。另外，e r p 等管理系统的服务对象是企业管理的上层，对车间层的管理流程 并不能进行很好地控制；而现场自动化系统的功能主要在于现场设备和工艺参数 的监控，但是并不能很好地实现对企业上层的管理功能。 因此，如何将此黑箱作业透明化，找出任何影响产品品质和成本的问题，提 高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率，加强过程控制层的 信息化，消除信息“断层”，以使企业和车间管理人员可以在最短的时间内掌握生 产现场的变化，从而做出准确的判断和快速的应对措施，保证生产计划得到合理 而快速的修正，变得越来越迫切。 制造执行系统( m a n u f a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，m e s ) 恰好能填补这一空白。 它是处于计划层和控制层之间的执行层，是集控制、优化、调度、管理和经营于 一体的综合自动化新模式。主要负责生产管理和调度执行。通过控制包括物料、 设备、人员、流程指令和设施在内的所有工厂资源来提高制造竞争力，提供种 铜板带加工系统接口设计 系统的，在统一平台上的，包括诸如质量控制、文档管理、生产调度等信息集成。 1 5 - 1 6 一方面，m e s 可以为企业其它管理信息系统提供实时数据。例如，企业资源 计划0 s r p ) 系统需要m e s 提供的成本、制造周期和预计产出时间等实时生产数据 等；另一方面，m e s 也要从其它管理系统中获取相关的计划数据信息，细化生产 指令并确保控制层系统实时地接收生产指令，使设备正常运转。它与管理系统和 控制系统之间相互关联、互为补充，实现企业的连续信息流。正是由于m e s 的强 大的综合管理控制功能，m e s 的应用范围也由制造领域扩展到了其他流程行业。 1 3 主要研究内容及章节结构 本课题结合中国某著名铜加工企业的高精度电子铜带m e s 项目计划，通过 m e s 与p c s 之间的连接，为制造执行系统和过程控制系统提供一条数据交互通道， 实现计划下发到机台，使得生产有计划可依，产品有生产报告可查；通过p c s 与 基础自动化之间的连接，实现了作业计划的下发与作业计划执行情况以及生产设 备的工作状态反馈。从而实现管理与控制、计划与生产之间的资源和数据共享， 实现面向订单的智能化、集成化的生产管理，使订单、物流、成本和质量等相关 的资源实现全程可跟踪、可控制和可管理，降低生产过程中的金属占用率，保证 客户订单的交货期，提高产品质量和产品质量的稳定性。 本设计以n e t 为软件平台，结合西门子的p l c ，模拟剪切设备的控制系统， 对接口系统进行总体设计，全面实现系统内部的资源同步与数据共享。达到生产 有序性、工艺一致性、质量可追溯性，设备可监察性、能源消耗可计量性和作业 成本可核算性。充分实现了一个从管理层到生产层的有效通路。 接口系统为作业计划执行提供了实现通道，为工艺落实提供了可靠的保障。 其主要内容包括： 1 、作业计划的接收与执行 2 、工艺数据的下发 3 、生产报告保存与上传 第1 章绪论 4 、设备工作状态的反馈 论文共分六部分。第一章主要介绍了课题背景，研究意义、国内外研究现状， 本文主要研究内容；第二章介绍了板带加工系统接口设计的技术背景；第三章介 绍了板带加工系统的结构、功能和工艺流程；第四章介绍了板带加工系统接口总 体设计方案；第五章着重介绍了剪切工序接口的设计。第六章是总结与展望。 1 4 小结 在本章中，主要介绍了课题的背景及研究意义，国内外研究现状综述和主要 研究内容及章节结构。 铜板带加工系统接口设计 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 本设计使用n e t 技术，p l c 技术和以太网技术实现板带加工系统的接口功能。 采用西门子的s 7 。2 0 0p l c 模拟剪切设备的控制器，将工艺数据直接写入到p l c 的 数据保存区中，从而实现工艺数据下发。实现了过程控制系统与基础自动化的接口。 这些操作通过p l c 的自由端口网络通信实现，采用微软的n e t 作为开发工具实现。 之所以没有采用组态软件作为平台，主要考虑接口其他部分的实现方便。使用共享 数据库与p 访问技术，实现了剪切工序的过程控制层与制造执行层接口功能。 2 1 自由端口通讯技术 2 1 1 特殊字节，通讯指令与中断 采用自由口通讯方式时，s 7 - 2 0 0 上的r s 4 8 5 口元全由用尸弪制，可以与任何 协议已知的设备进行通讯，在这种情况下通讯协议完全由用户制定，为此，s 7 2 0 0 提供了用于进行自由口通讯协议定制的特殊字节、相关的通讯指令以及自由口通 讯相关的中断。1 1 7 - 1 9 一、特殊字节 特殊标志字节；s m 3 0 s m l 3 0 。 格式： 哑卫既弼 其中， p p ：校验选择，0 0 不校验；o l 偶校验；1 0 不校验；l i 奇校验。 d ：每个字符的数据，0 每个字符8 位；l 每个字符7 位。 b b b ：自由口通信波特率定义( 单位：b i t s ) 0 0 0 = 3 8 4 0 00 0 1 = 1 9 2 0 00 1 0 = 9 6 0 00 11 = 4 8 0 0 0 11 = 2 4 0 0 1 0 0 = 1 2 0 011 0 = 11 5 2 k1 11 = 5 7 6 k m m ：协议选择，0 0p p i 从站模式；0 1 自由口模式；1 0p p i 主站模式 接收状态字节：s m 8 6 s m l 8 6 。 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 格式： 其中， n = i ：禁止接收信息；r = i ：接收信息结束；e = i ：收到结束字符； t = i 接收信息超时错误；c = l ：接收信息字符超长错误；p = i ：接收信息奇偶校 验错误。 接收信息的控制字节：s m 8 7 s m l 8 7 。 格式： 其中， e n ：0 ，禁止接收信息；l ，允许接收信息。 s c ：0 ，不使用起始字符开始；1 ，使用起始字符作为接收的开始。 e c ：0 ，不使用结束字符结束；l ，使用结束字符结束。 i 1 ：0 ，不使用空闲线检测；1 使用空闲线检测。 c m ：0 定时器是自符定时期；1 ，定时器是信息定时器。 t m r ：0 ，不使用超时检测：l ，使用超时检测。 b k ：0 ，不使用中断检测；1 ，使用中断检测。 其他相关字节：如表2 1 。 表2 1 其他相关字节 t a b 2 1o t h e rr e l a t e db y t e 口0口1 描述 s m b 8 8s m b l 8 8 定义起始字符 s m b 8 9s m b l 8 9 定义结束字符 s m w 9 0s m w l 9 0 空闲线检测时间设定值( 单位m s ) s m w 9 2 s m w l 9 2超时时间检测设定值( 单位m s ) s 槲9 4s 踟1 9 4 要接收的最大字符数( i 2 5 5 字节) 铜板带加工系统接口设计 二、通讯指令 捌t ：发送指令，启动自由端口模式下数据缓冲区的( 1 1 3 l ) 的数据发送。通 过指定的通信端口( p o r t ) 。发送存储在数据缓冲区c r b l ) 中的信息。指令格式 如下：x m tt b l ，p o r t 。x m t 指令可发送最多2 5 5 个字符，如果有发送结束中断 程序，在发送完缓冲区中的最后一个字符时，端口( 0 或1 ) 会产生中断事件( 9 或2 6 ) 。也可以不使用中断，通过发送完成状态位s m 4 5 和s m 4 6 的变化，监视 发送过程是否结束。 r c v ：接收指令，初始化或中止接收信息的服务。通过指定的通信端1 2 1 ( p o r t ) ，接收的信息存储在数据缓冲区( t b l ) 中。指令格式如下：r c v t b l ，p o r t 。r c v 指令可接收最多2 5 5 个字符，如果有接收结束中断程序，在接 收完缓冲区中的最后一个字符时，端口( o 或1 ) 会产生中断事件( 2 3 或2 4 ) 。 也可以不使用中断，通过监视s m 8 6 或s m l 8 6 的变化，进行报文接收。s m 8 6 或 s m l 8 6 非零时，r c v 指令未被激活或接收已经结束。正在接收报文时，它们为0 。 2 0 1 三、自由口通讯相关的中断如表2 2 所示。 表2 2 自由口通讯相关中断 t a b 2 2f r e ep o r tc o m m u n i c a t i o nr e l a t e di n t e r r u p t i o n 中断号 中断描述 8 通信口o ：字符接收 9 通信口o ：发送完成 2 3 通信口0 ：报文接收完成 2 4 通信口l ：报文接收完成 2 5 通信口1 ：字符接收 2 6 通信口1 ：发送完成 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 2 1 2 几种p l c 通讯方法的比较 s 7 2 0 0 支持多种通信协议，例如点对点接口( p p i ) 、多点接口( m p i ) 和 p r o f i b u s 。这些协议基于7 层开放性系统互联模型( o s i ) ，通过一个令牌环网来 实现。他们都是基于字符的异步通讯协议，带有起始位、8 位数据、偶校验和1 个 停止位。【2 1 1 点对点接口协议( p p i ) p p i ( p o i m t o p o i m ) 是主从协议，网络中的s 7 2 0 0c p u 均为从站，其他c p u 、 s i m a t i c 编程器或文本显示器t d2 0 0 为主站。 如果在用户程序中使能了p p i 主站模式，一些s 7 2 0 0c p u 在r u n 模式下可 以作为主站，它们可以用网络读( n e t r ) 和网络写( n e t w ) 指令读写其他c p u 中的数据。s 7 2 0 0c p u 作p p i 主站时，还可以作为从站响应来自其他主站的通信 申请。p p i 没有限制可以有多少个主站与一个从站通信，但是在网络中最多有3 2 个主站。 如果选择了p p i 高级协议，允许建立设备之间的连接，s 7 2 0 0c p u 的每个通 信口支持4 个连接，e m 2 2 7 仅仅支持p p i 高级协议，每个模块支持6 个连接。 多点接口协议( m p i ) m p i 是集成在西门子公司的p l c 、操作员界面和编程上的集成通讯接口，用 于建立小型的通信网络。最多可以接3 2 个节点，典型数据长度为6 4 个字节，最 大距离为1 0 0 m 。 m p i 允许主主通信和主从通信，m p i 不能与作为主站的s 7 2 0 0 通信。s 7 3 0 0 c p u 作为网络的主站，s 7 2 0 0c p u 是从站。s 7 3 0 0 4 0 0 可以用x g e t x p u t 指令 来读些s 7 2 0 0 的数据。 每个s 7 2 0 0c p u 支持4 个连接，每个e m2 7 7 模块支持6 个连接。 ( 要) p r o f i b u s 协议 p r o f i b u s d p 协议通常用于分布式i o 设备( 远程i o ) 的高速通信。s 7 - 2 0 0 需要通过e m2 7 7p r o f i b u s - d p 模块接入p r o f i b u s 网络，网络通常有一个主站 和几个i o 从站。通过组态，主站知道网络中i o 从站的类型和站地址，主站初始 铜板带加工系统接口设计 化网络并核对网络中的从站设备是否与设置相符。主站周期性地将输出数据写到 从站，并从从站读取输入数据。当d p 主站成功地设置了一个从站时，它就拥有该 从站。如果网络中有第二个主站，它只能很有限地访问第一个主站的从站。 t c p i p 协议 s 7 2 0 0 配备了以太网扩展模块c p2 4 3 1 或c p 2 4 3 1i t 后，支持t c p i p 以太 网通讯协议，计算机应安装以太网网卡。c p2 4 3 1 或c p 2 4 3 1i t 有8 个普通连接 和一个s t e p 7 m i c r o w i n 连接。安装了s t e p 7 m i c r o w i n 后，计算机上会有一个 标准的浏览器，可以用它来访问c p 2 4 3 1i t 模块的主页。 用户自定义的协议( 自由端口模式) 通过使用接收中断、发送中断、字符中断、发送指令( 订t ) 和接收指令( r c v ) ， 自由端口通信可以控制s 7 2 0 0c p u 通信口的操作模式。利用自由口模式，可以实 现定义用户定义的通信协议，连接多种智能设备。 通过s m b 3 0 ，允许在c p u 处于r u n 模式时通信口o 使用自由端口模式。c p u 处于s t o p 模式时，停止自由口通信，通信口强制转换成p p i 协议模式，从而保证 了编程软件对p l c 编程和控制的功能。 在自由端口模式，计算机与s 7 2 0 0 之间可以用以下的方法来通信： 1 ) 使用m o d b u s 从站协议； 2 ) 使用用户自定义的协议( 自由端口模式) 通信。 ， 自由端口模式通讯方式具有效率高、容易实现、通讯硬件简单、容易配置等 特点，在工业控制领域中被广泛应用。1 2 2 】 2 1 3 自由端口模式需要解决的问题 。 自由端口模式为计算机或其他有串行通信接口的设备与s 7 2 0 0c p u 之间的通 信提供了一种廉价和灵活的方法。计算机与p l c 通信时，为了避免通信中各方争 用通信线，一般采用主从方式，即计算机为主机，p l c 为从机，只有主机才有权 主动发送请求报文( 请求桢) ，从机收到后返回响应报文。编程时着重考虑以下问 题：【2 3 】 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 电缆切换时间处理 如果使用p c p p i 电缆，在s 7 2 0 0c p u 的用户程序中应考虑电缆切换时间。 $ 7 - 2 0 0c p u 接收到r s - 2 3 2 设备的请求报文后，到它发送响应报文的延迟时间必须 大于等于电缆的切换时间。波特率为9 6 0 0b i f f s 和1 9 2 0 0b i f f s 时，电缆的切换时间 分别为2 m s 和l m s 。 如果s 7 2 0 0c p u 发送请求报文，在接收到r s 2 3 2 设备响应报文后，s 7 2 0 0 c p u 下一次发出请求报文的延迟时间也必须大于等于电缆的切换时间。 异或校验 异或校验( 或求和校验) 可以有效的提高通信可靠性，即将不包括起始字符 开始的第一个字符到该桢中正文的最后一个字符作异或运算，并将异或结果( 异 或校验码) 作为报文的一部分发送到接收端。接收方计算出接收到的数据的异或 校验码，并与发送方传送过来的校验码进行比较，以判定通讯是否有误，并决定 是否要求重发，程序也要控制重发的次数。 防止结束字符与数据字符混淆 对于8 位报文结束字符来说，报文数据区内出现与结束字符相同的数据字符 的几率很大，很有可能与结束字符混淆，导致提前结束报文接收。因此，在发送 数据前对数据进行预处理，可以选择某些特殊的值作为结束字符，将数据字符转 换为b c d 码或a s c i i 码后在发送，接收方收到后将数据字符还原为原来的数据格 式，可以避免结束字符与数据字符混淆。同时，增加了编程的工作量和数据传送 时间。 接收字符中断可以对收到的每一个字符进行判断和处理，也能解决结束字符 与数据字符混淆问题。例如发送方在报文中提供发送的数据字符的字节数，接收 方在字符中断程序中对接受到的数据字符计数，据此来判断是否应停止接收报文。 采用这种方式会增加中断程序的处理量和中断处理的时间。 2 2 n e t 技术概述 n e t 平台是m i c r o s o f t 公司推出的一套开发框架和工具。是软件开发领域非常 铜板带加工系统接口设计 重要里程碑。它为开发数据库应用程序提供了很好的数据环境和强大的开发工 具。n e tf r a m e w o r k 提供的公共语言运行库( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ，简称 c l r ) 为c 群代码执行和管理提供了支持。并且n e tf r a m e w o r k 提供的类库简化了 c 拌编程。口4 】 2 2 1 n e t 框架 n e t 框架结构图如图2 1 所示，从图中不难看出，w i n d o w sf o r m s ，a s p n e t ， v s n e t 作为n e t 开发平台的一部分，用于n e t 应用程序的开发与演示。通用语 言运行时c l r ，基类库b a s ec l a s sl i b r a r y ，n e t 语言以及s u a ls t u d i o n e t 是n e t 平台的核心技术。 围圆圈固口 l c 0 1 1 1 1 1 1 0 1l a n 盟m g es p e c i f i c a t i o r 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1l m i a g eb p e c l l i c a t i o nl il 广 厂l i 竺! ：竺w i n d o w s f o r m s j i-一1 o i u 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1l a n 霉m r e 胤m t l i l l e i 臣回匝叵三习 图2 1 n e t 框架结构图 f i g 2 1s t r u c t u r eo f n e tf r a m e w o r k 2 2 2 a d o n e t 技术 a d o n e t 是在a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t ) 基础上改进的、应用程序级的高 层接口，用来在n e t 平台中提供数据访问服务。a d o n e t 专门为n e t 平台而设， 特别适合基于消息的w e b 应用程序，同时也能为其他应用程序结构提供较好的功 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 能。 2 5 - 2 6 1 a d o n e t 主要实现两个功能，数据表示和数据访问。数据表示用于包含数据 库数据的类型；数据访问用于访问数据库中的数据和操作数据库的类型。 d a t a s e t 和n e tf r a m e w o r k 数据提供程序是a d o n e t 提供的两个核心组件。 d a t a s e t 提供了断开式数据访问，以实现独立于任何数据源的数据访问。可用 于诸如x m l 、数据库等不同的数据源。d a t a s e t 包含至少1 个d a t a t a b l e 对象，这 些d a t a t a b l e 对象包括了数据行，数据列，主键，外键，约束以及各数据的关系信 息。d a t a s e t 可与x m _ l 数据相互转换，容易实现应用程序或者组件之间的数据移 动。 n e tf r a m e w o r k 数据提供程序可以实现数据操作和对数据的快速、只读访 问。n e t 框架提供了s q ls e r v e r n e t ，o l ed b n e t ，o d b c n e t 和o r a c l e n e t 这4 种数据提供程序，分别用于访问s q l ，o l ed b ，o d b c 和o r a c l e 数据源。 每个数据提供程序包括4 种对象：c o n n e c t i o n 、c o m m a n d 、d a t a r e a d e r 和d a t a a d a p t e r 对象。c o n n e c t i o n 分别用于与数据源的连接；c o m m a n d 用于返回、修改数据、运 行存储过程以及发送、检索参数信息的数据库命令；d a t a r e a d e r 从数据源中提供 高性能的数据源；d a t a a d a p t e r 提供d a t a s e t 和数据源连接的桥梁。 d a t a s e t 和n e tf r a m e w o r k 数据提供程序之间的关系如图2 2 所示。 铜板带加工系统接口设计 d a t a s e t d a t a t a b l e c o u e c f i o n d a t a t a b l e i d a t a r o w c o n e c f i o n i i d a t a c o l u m c o l l e c f i o nl i c o n s 仃a i n c o u e c f i o n l 图2 2d a t a s e t 和n e tf r a m e w o r k 数据提供程序关系 f i g 2 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nd a t a s e ta n d n e tf r a m e w o r k 2 2 3c 样与数据库 本设计使用n e t 框架的c i 6 语言编写应用程序，使用a d o n e t 技术实现数据 库访问，对数据库进行插入、删除、查询、修改操作。本设计需要访问s q ls e r v e r 2 0 0 0 数据库，需要引入命名空间，u s i n gs y s t e m d a t a s q l c l i e n t 。 一、创建与数据库的连接 a d o 提供了s q l c o n n e c t i o n 对象创建管理应用程序和数据库的连接。【2 7 。2 9 】 s q l c o n n e c t i o nc 1 1 = n e w s q l c o n n e c t i o n ( ”s e r v e r = t h i n k p a d ；d a t a b a s e = d b o j i a n z i ；u i d = s a ；i n t e g r a t e d s e c u r i t y = s s p i ”) ； 其中，s e r v e r 指定运行s q ls e r v e r 的计算机名：d a t a b a s e 指定数据库名：u i d 指定用户名；p w d 指定用户口令；i n t e g r a t e ds e c u r i t y 登录模式。 二、数据库操作 s q l c o m m a n dc m l2n e ws q l c o m m a n d ( s t r _ w i l l ，c n ) ： 其中，s t r w i l l 是对数据库的操作，可以是对数据库的插入( i n s e r t ) 、删除 第2 章铜板带加工系统接口设计技术背景 ( d e l e t e ) 、查询( s e l e c t ) 、修改( u p d a t e ) 操作，s t r i n g 类型；c n ，是数据库连接对 象的一个实例，s q l c o r m e c t i o n 类型。 三、生成数据集d a t a s e t ，使用d a t a a d a p t e r 实现断开式数据库访问 d a t a s e td s = n e wd a t a s e t o ； s q l d a t a a d a p t e rd a 2 n e ws q l d a t a a d a p t e r ( c m l ) ； d a f