基于FX5UPLC 的庆声试验箱智能管控系统

赖忠良

（中国电子科技集团有限公司第四十四研究所，重庆 400060）

0 引言

以PLC（可编程逻辑控制器）为核心的工业化控制系统，其优越的逻辑处理能力和通信能力，已经在各领域得到了广泛应用。采用工业级PLC 控制系统对庆声高低温试验箱进行集中管控，可以增强设备安全和智能化程度，提高设备信息化和管控能力。

1 设计原理

1.1 庆声试验箱

控温范围-60～150 ℃温度和湿度10%～98%RH（相对湿度），控制波动±0.2 ℃和±2%（RH）。在系统设计上可通过THS2005 微电脑可编程控制器背面的RS232 插座连接到个人电脑，厂家提供的DAT Viewer4.0 软件在计算机安装后，可以实时查看、管理状态及编制程序文件等，但这些实时状态和历史数据曲线只能在设备现场才知晓，设备超温等安全预警功能不太完善，并且该软件不提供数据接口输出，不能进入设备层或管理层的信息管控系统，形成信息孤岛。

1.2 系统构建

针对设备信息化环境需要，建立运行参数大数据，提供更完善的安全预警和设备管控能力，决定以三菱FX5UPLC 对监控画面值进行实时采集，实现在本地实时查看、参数超限声光报警，同时建立无人值守电话预警系统，并通过远程服务器融入设备管控系统（图1）。

图1 系统构建

2 FX5U-PLC 与庆声试验箱数据通信算法研究

2.1 通信设置

（1）庆声试验箱。该试验箱采用THS-2005 控制器[1]作为控制大脑，在串口通信参数设定时，每台机器的ID 号不能相同，波特率选取默认19 200 b/s 即可。同时在THS-2005 串口输出安装一个RS232 转RS485 转换器，通过RS485 总线与其他试验箱一起，采用手拉手方式与FX5U-PLC 的智能通信适配器FX5-485ADP 连接。

（2）FX5U-PLC。三菱FX5U 通过高速化系统总线、丰富的内置功能、以及对应网络，作为MELSEC IQ-F 系列新产品，其通信接口及性能相比FX 系列大大增强。

由于庆声THS-2005 设计上主要用于以文本字符方式的计算机通信，加大了与工业级PLC 通信和数据处理难度，经实验验证，只能采取无顺序通信方式。

2.2 FX5UPLC 通信发送和接收原则

根据THS-2005 网络通信格式说明书[2]，通信格式传输格式纯字符模式：STX，0，1，A，DATA，END。其中，“STX”为起始；“0”固定是PC 端ID；“1”是控制器端ID，可以根据试验箱所处位置不同自行编制，区分不同试验箱数据唯一标准；“A”为通信命令，传回监控画面值；“DATA”为资料内容，命令不同而不同；“END”为结束。

FX5UPLC 采用串口专用无顺序通信指令RS2[3]与庆声试验箱THS2005 通信，其梯形程序如图2。

D0 是发送首地址，D50 是接收首地址。当继电器M51 接通时，RS2 指令发送存储在D0～D7 中的字符串“STX，0，1，A，END”，只有ID=1 的试验箱会作出响应，传回其监控画面值，收到约68 个字符串存储到D50～D83 数据寄存器。如果想得到其他试验箱监控画面值，只需要把发送字符串中的“1”变成对应机器的ID 号即可。

2.3 数据提取研究

接收到的68 个字符串先送至数据寄存器D100～D133 暂存。因为试验箱运行程序名称不同，收到的字符串数不同，但需要的关键数据都固定在前42 个字符串中，详见THS-2005 网络通信格式说明书[2]。下面仅以提取庆声试验箱的温度测量值为例。

图2 RS2 收发梯形图

首先，确认数据寄存器D102 是否等于16进制H3120（三菱PLC 数据存储原则：低位在前，高位在后），即接收的数据是否属于ID=01的庆声试验箱。“1”表示试验箱处于“在线”状态，才能进行下一步数据处理，否则处于“离线”状态。在确认是试验箱1 的数据之后，继续判断D107 是否等于H2C31。“1”表示试验箱正在“运行”，否则处于“待机”状态。然后提取字符串中的温度测量值。经过观察，接收的字符串的第17～第22 位共6 个字符是温度测量值，其位置固定不变，直接通过三菱FX5U 专用字符提取命令MIDR 完成。

2.4 字符串转变BIN16 数据算法处理

庆声试验箱温度范围为-60～150 ℃，涉及到负数。三菱PLC 字符串转换BIN16 位数据指令VAL，规则如下：首位必须是空格（20H）或负号（2DH），转换直到出现“00H”止，但字符只能是“0（30H）”-“9（39H）、空格（20H）及小数点“.”（2EH），否则转换运算错误。先采用图3 所示的梯形图进行判断。

图3 符号判断程序

INSTR 指令从存储字符串首地址D160 左侧第1 位开始搜索“-”号，位于第几个位置的序号存储在D157 中，根据试验箱规则存在以下3 种情况：

（1）D157=0，即测量值为正数无负号，即XXX.XX、XX.XX和X.XX（图4）。

VAL 转换的字符串首位必须是空格或负号，在字符串前加两个空格H2020，然后转换成BIN16 位温度测量值。因该命令忽略小数点，转换后的测量值D175 除以100 后得到实际温度测量值。

（2）D157=1，即测量值负数-XX.XX（图5）。VAL可以直接转换成BIN16 位温度测量值，转换后的测量值D175 除以100 后得到实际温度测量值。

（3）D157=2，即测量值负数-X.XX（图6）。此时D160 开始的字符串空格加负号，直接转换会出错。必须再通过MIDR 命令提取字符，然后用VAL 转换成温度测量值D175，除以100 后得到实际温度测量值。

温度设定值、湿度测量值和湿度设定值处理方式类似，不作具体讨论。

3 智能管控系统设计

一般厂区根据使用功能不同，试验箱分布在各个房间内，不利用集中管理，为了使分散设备集中管理，提高管理能力和管控能力，特构建一套智能管控系统。

图4 正数测量温度程序

图5 -XX.XX 测量温度程序

图6 -X.XX 测量温度程序

3.1 本地监控系统

PLC 控制柜安装触摸屏，实时监测每台庆声试验箱和其他恒温干燥箱状态，包括设备在线或离线状态、运行或待机状诚、箱内实时温度和湿度的设定值和测量值。同时，控制柜侧安装声光报警灯，当检测到关键参数超限时立即发出声光报警。

3.2 本地无人值守电话预警系统

部分IC 厂涉及商业秘密或保密要求，禁止设备系统通过无线网络形式如手机短信、微信等连接互联网。现设计了一套无人值守电话预报警系统，可以实现关键参数超限后自动拔打相关人员电话进行预警的功能。

当关键参数超限时通过PLC 系统中间继电器物理隔离后，触发电话报警中心，通过电话线拔打预先存储的1～4 组电话，直到有人接听电话为止。当接收到电话时，自动提示预先录制房间的设备出现相关故障信息，尤其在深夜和节假日，可以减少人员巡视，降低安全隐患，提高设备智能化程度。

3.3 远程监控管理系统

所有庆声试验箱经过工业级PLC 控制系统集中管理后，形成统一的数据格式，通过三菱现场总线或以太网传至远程服务器，再集中进行管控，传至工厂客户端监控级、管理级计算机，实时掌握监控的所有信息，同时可以追溯所有关键数据的历史信息。

4 总结

采用三菱可编程逻辑控制器FX5UPLC 对庆声试验箱监控画面数据进行智能采集，优化算法研究，成功、可靠地接收每台试验箱的实时数据，通过数据总线或以太网融入设备智能管控系统，形成设备层到管理层的数据传递，构建试验箱运行大数据，解决了设备运行信息孤岛问题，加强了设备运行的安全预警。