CN107070728B - 一种h1000包装机控制网络的状态监控***及诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷烟包装过程状态监测领域，尤其涉及H1000包装设备控制网络的在线监测和故障诊断方法。该***包括CAN网络转EtherCAT网络模块，Profibus网络转EtherCAT网络模块，Profinet网络转EtherCAT网络模块，Modbus网络转EtherCAT网络模块，EtherCAT网络模块，EtherCAT网络，EtherCAT转实时以太网模块，Ethernet网络，状态采集模块，状态分析模块，状态存储模块，状态展示模块。该***具有可以兼容多种工控网络协议，且具备扩展性和普遍适用性；对网络闪断，能诊断某个节点的网络状态，也能诊断某一节点下某个模块的状态；对网络闪断，可以准确定位时序，进而判别出网络断点；信息推送准确、快捷、直观，呈现方式可以多样性扩展等特点。

Description

一种H1000包装机控制网络的状态监控***及诊断方法

技术领域

本发明涉及卷烟包装过程状态监测领域，尤其涉及H1000包装设备控制网络的在线监测和故障诊断方法。

背景技术

烟草是国家的重要经济力量和税收来源，我国烟草税收占政府财政收入的8%~10%。由于烟草行业全球化、新的法律法规以及外部环境的重大变化，卷烟工业企业面临愈来愈严峻的竞争压力和社会压力，逐步提升卷烟产品质量控制和设备预知性维修水平，是实现卷烟工业企业“设备状态可控及高效运行”目标的有效途径和必然趋势。

H1000是当前世界上速度最快、控制***最为复杂的烟支包装机组，速度达到1000包/分钟。H1000的控制器采用了基于PC控制技术的倍福控制***，其控制***结构相当复杂，控制网络采用了多种工业控制协议，各节点的网络循环时间为2~20ms不等。作为基于PC控制技术的倍福控制***，相对于传统的PLC控制***具有速度快、功能多、配置丰富等特点，但是相对地，由于采用的是E-BUS总线传输技术，相对于传统PLC的背板总线传输方式，稳定性稍差：主要体现在就是由于E-BUS的总线接触闪断，经常会导致整个控制网络闪断，进而引起严重当机。当出现网络故障闪断时，由于没有办法准确定位控制网络的闪断点信息，往往需要通过非常专业的工控软件来进行诊断，并且信息捕获也存在很大的困难，这对设备维修带来了很大的困扰。

发明内容

本技术发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提出一种针对H1000控制网络的状态监控***及其诊断方法，主要目的是要提高H1000超高速包装机网络故障诊断效率，进而提升设备效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种H1000包装机控制网络的状态监控***，该***包括CAN网络转EtherCAT网络模块，Profibus网络转EtherCAT网络模块，Profinet网络转EtherCAT网络模块，Modbus网络转EtherCAT网络模块， EtherCAT网络模块，EtherCAT网络，EtherCAT转实时以太网模块，Ethernet网络，网络状态采集模块，网络状态分析模块，网络状态存储模块，网络状态显示模块；

CAN网络转EtherCAT网络模块，Profibus网络转EtherCAT网络模块，Profinet网络转EtherCAT网络模块，Modbus网络转EtherCAT网络模块，分别与底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n相连接，且与EtherCAT主站以及EtherCAT网络相连接；

所述的EtherCAT转实时以太网模块分别与EtherCAT网络和实时Ethernet网络相连；

所述的网络状态采集模块，网络状态分析模块，网络状态存储模块，网络状态显示模块和实时Ethernet网络相连接；所述的网络状态采集模块，根据不同的网络协议，采集各类网络的通讯状态报文；所述的网络状态分析模块，用于解析各类网络的通讯状态报文；所述的网络状态存储模块，用于存储当前和历史网络连接状态数据；网络状态显示模块，用于故障报警阈值的判定和显示；

上述的***的监控方法包括以下步骤：

a) 所述的CAN网络转EtherCAT网络模块，Profibus网络转EtherCAT网络模块，Profinet网络转EtherCAT网络模块，Modbus网络转EtherCAT网络模块分别获取底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n的网络状态并将其转换为EtherCAT标准报文，然后将这些状态报文在EtherCAT网络上以主动方式发送给EtherCAT主站；

b)EtherCAT主站将带有各网络节点的网络状态和时间戳的EtherCAT标准报文，通过EtherCAT转实时以太网模块主动发送到实时以太网上；

c)网络状态采集模块通过实时以太网获取底层控制网络状态报文，并将其传递到网络状态分析模块；

d)网络状态分析模块通过解析报文结构，判断出各个节点，各个模块的工作状态，通过与标准状态字进行比较，评价各个模块、各个节点的网络状态，并将结果存储到网络状态存储模块；

e)网络状态显示模块将状态信息实时展示，并可设立自主的报警规则，展示方式和报警方式可以有多种方式，包括但不限于如声光、网页、客户端、邮件和短信。

作为进一步改进，所述的CAN转EtherCAT网络模块，Profibus网络转EtherCAT网络模块，Profinet网络转EtherCAT网络模块，Modbus网络转EtherCAT网络模块， EtherCAT主站模块的网络端口部分采用双路供电，即模块内部24V供电和外部24V供电共存，并且带浪涌保护。

作为进一步改进，所述的EtherCAT转实时以太网模块，具备3个RJ45网络接口，分别用于连接EtherCAT网络，实时以太网络，以及配置网络。

一种H1000包装机控制网络的状态监控***的监控方法：包括以下步骤：

a) 所述的CAN\Profibus\Profinet\Modbus转EtherCAT转换模块，分别获取底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n的网络状态并将其转换为EtherCAT标准报文,然后将这些状态报文在EtherCAT网络上以主动方式发送给EtherCAT主站；

b)EtherCAT主站将带有各网络节点的网络状态和时间戳的EtherCAT标准报文，通过EtherCAT转实时以太网模块主动发送到实时以太网上；

c)网络状态采集模块通过实时以太网获取底层控制网络状态报文，并将其传递到网络状态分析模块；

d)网络状态分析模块通过解析报文结构，判断出各个节点，各个模块的工作状态，通过与标准状态字进行比较，评价各个模块、各个节点的网络状态，并将结果存储到网络状态存储模块

e)网络状态显示模块将状态信息实时展示，并可设立自主的报警规则，展示方式和报警方式可以有多种方式，包括但不限于如声光、网页、客户端、邮件、短信等。

本发明所采用的上述***和方法，具有以下优点：1、可以兼容多种工控网络协议，且具备扩展性和普遍适用性；2、对网络闪断，能诊断某个节点的网络状态，也能诊断某一节点下某个模块的状态；3、对网络闪断，可以准确定位时序，进而判别出网络断点；4、信息推送准确、快捷、直观，呈现方式可以多样性扩展。

附图说明

图1为本发明的H1000控制网络状态监控***的结构图；

图2为网络状态诊断方法的软件流程图；

图3为时间戳的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种H1000包装机控制网络的状态监控***，其特征在于：该***包括CAN网络转EtherCAT网络模块1，Profibus网络转EtherCAT网络模块2，Profinet网络转EtherCAT网络模块3，Modbus网络转EtherCAT网络模块4， EtherCAT网络模块5，EtherCAT网络6，EtherCAT转实时以太网模块7，Ethernet网络8，网络状态采集模块9，网络状态分析模块10，网络状态存储模块11，网络状态显示模块12。

所述的CAN网络转EtherCAT网络模块1，Profibus网络转EtherCAT网络模块2，Profinet网络转EtherCAT网络模块3，Modbus网络转EtherCAT网络模块4，设计有与底层控制网络的连接接口和EtherCAT网络的连接接口，分别与底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n相连接，连接方式为物理层协议连接方式。且与EtherCAT主站以及EtherCAT网络6相连接，连接方式为RJ45连接方式，采用TIA586B标准，并构成环形网络。

所述的EtherCAT转实时以太网模块7分别与EtherCAT网络6和实时Ethernet网络8相连，连接方式为RJ45连接方式，采用TIA586B标准。

所述的网络状态采集模块9，网络状态分析模块10，网络状态存储模块11，网络状态网络状态显示模块12和实时Ethernet网络8相连接，连接方式为RJ45连接方式，采用TIA586B标准，组网方式为星形拓扑。

所述的CAN转EtherCAT网络模块1，Profibus网络转EtherCAT网络模块2，Profinet网络转EtherCAT网络模块3，Modbus网络转EtherCAT网络模块4， EtherCAT网络模块5的网络端口部分采用双路供电，即模块内部24V供电，通过E-BUS由模块内部电源供给和外部直流24V（采用西门子SIPLUS高性能电源）供电共存，并且带浪涌保护（采用西门子5DS7432-5系列，进行模块保护）。

所述的EtherCAT转实时以太网模块7，具备3个RJ45网络接口，分别用于向下连接EtherCAT网络6，向上连接实时以太网络8，另外一个用于连接模块配置网络，该网络用于设定转换模块的工作地址范围和AMS NETID。

所述的网络状态采集模块9，根据不同的网络协议，采集各类网络的通讯状态报文。

所述的网络状态分析模块10，用于解析各类网络的通讯状态报文。

所述的网络状态存储模块，用于存储当前和历史网络通讯状态报文。

网络状态显示模块，用于故障报警阈值的判定和显示。

本发明的H1000包装机控制网络的状态监控***的监控方法，如图2所示，以下描述其采用的技术与步骤：

a) 所述的所述的CAN转EtherCAT网络模块1，Profibus网络转EtherCAT网络模块2，Profinet网络转EtherCAT网络模块3，Modbus网络转EtherCAT网络模块4，分别获取底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n的网络状态并将其转换为EtherCAT标准报文,首先进行网络转换的同步处理，如图3所示，然后将这些状态报文在EtherCAT网络上以主动方式发送给EtherCAT主站。

b)EtherCAT主站将带有各网络节点的网络状态和时间戳的EtherCAT标准报文，通过EtherCAT转实时以太网模块主动发送到实时以太网上,时间戳与图3所述，转换后的报文与实际报文的时间差，设计为1个EtherCAT周期。

c)网络状态采集模块通过实时以太网，获取底层控制网络状态报文，并将其传递到网络状态分析模块，部分数据采集代码举例为：

Private Sub CommandButton1_Click()

Dim s1 As Integer

Dim s2 As Integer

Dim s3 As Integer

Dim s4 As Integer

AdsOcx1.AdsAmsServerNetId = “5.4.36.169.1.1” //定义AMSID

AdsOcx1.AdsAmsServerPort = “801” //定义端口

TEXTBOX1.TEXT = AdsOcx1.AdsServerAdsState //读取PLC状态

Call AdsOcx1.AdsSyncReadIntegerReq(&H4020&, 100, 2, s1) //读取MW100到s1

Call AdsOcx1.AdsSyncReadIntegerReq(&HF020&, 0, 2, s2) //读取IW0到s2

Call AdsOcx1.AdsSyncReadIntegerReq(&HF030&, 0, 2, s2) //读取QW0到s3

TEXTBOX2.TEXT=s1

TEXTBOX3.TEXT=s2

TEXTBOX4.TEXT=s3

S4= TEXTBOX4.TEXT

Call AdsOcx1.AdsSyncWriteIntegerReq(&H4030&, 100, 2, s4) //将s4写入到MW100

End Sub

d)网络状态分析模块接收到网络状态报文，解析报文结构，判断出各个节点，各个模块的工作状态，通过与标准状态字进行比较，评价各个模块、各个节点的网络状态。如果接收到的状态报文与标准的状态参考值相一致，则网络连接状态正常；如果不一致，则根据报文的内容，并确定网络状态异常类型。状态分析可以模块可以一直分析到每个节点下面的每个模块，并且由于网络状态报文是包含实时时间戳的，网络状态分析模块还能根据报文时序判别出实际网络断点的掉站时序。至此，网络诊断的关键要素：节点类型、节点地址、节点状态、时间戳已经全部得到了有效的分析。特别地，***设计的功能还有：分析模块每处理完一帧通讯报文，就需要将该帧的判别结果传递至网络状态存储模块进行保存。

e)网络状态显示模块读取网络状态存储数据库，将状态信息实时展示，并可设立自主的报警规则，展示方式和报警方式可以有多种方式，包括但不限于如声光、网页、客户端、邮件、短信等。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种H1000包装机控制网络的状态监控***，其特征在于：该***包括CAN网络转EtherCAT网络模块（1），Profibus网络转EtherCAT网络模块（2），Profinet网络转EtherCAT网络模块（3），Modbus网络转EtherCAT网络模块（4）， EtherCAT网络模块（5），EtherCAT网络（6），EtherCAT转实时以太网模块（7），Ethernet网络（8），网络状态采集模块（9），网络状态分析模块（10），网络状态存储模块（11），网络状态显示模块（12）；

所述的CAN网络转EtherCAT网络模块（1），Profibus网络转EtherCAT网络模块（2），Profinet网络转EtherCAT网络模块（3），Modbus网络转EtherCAT网络模块（4）分别与底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n相连接，且与EtherCAT主站以及EtherCAT网络（6）相连接；

所述的EtherCAT转实时以太网模块（7）分别与EtherCAT网络（6）和实时Ethernet网络（8）相连；

所述的网络状态采集模块（9），网络状态分析模块（10），网络状态存储模块（11），网络状态显示模块（12）和实时Ethernet网络（8）相连接；所述的网络状态采集模块（9），根据不同的网络协议，采集各类网络的通讯状态报文；所述的网络状态分析模块（10），用于解析各类网络的通讯状态报文；所述的网络状态存储模块，用于存储当前和历史网络连接状态数据；网络状态显示模块，用于故障报警阈值的判定和显示；

上述的***的监控方法包括以下步骤：

a) 所述的CAN网络转EtherCAT网络模块（1），Profibus网络转EtherCAT网络模块（2），Profinet网络转EtherCAT网络模块（3），Modbus网络转EtherCAT网络模块（4）分别获取底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n的网络状态并将其转换为EtherCAT标准报文，然后将这些状态报文在EtherCAT网络上以主动方式发送给EtherCAT主站；

b)EtherCAT主站将带有各网络节点的网络状态和时间戳的EtherCAT标准报文，通过EtherCAT转实时以太网模块主动发送到实时以太网上；

c)网络状态采集模块通过实时以太网获取底层控制网络状态报文，并将其传递到网络状态分析模块；

d)网络状态分析模块通过解析报文结构，判断出各个节点，各个模块的工作状态，通过与标准状态字进行比较，评价各个模块、各个节点的网络状态，并将结果存储到网络状态存储模块；

e)网络状态显示模块将状态信息实时展示，并可设立自主的报警规则，展示方式和报警方式可以有多种方式，包括声光、网页、客户端、邮件和短信，

所述的CAN转EtherCAT网络模块（1），Profibus网络转EtherCAT网络模块（2），Profinet网络转EtherCAT网络模块（3），Modbus网络转EtherCAT网络模块（4）， EtherCAT网络模块（5）的网络端口部分采用双路供电，即模块内部24V供电和外部24V供电共存，并且带浪涌保护，所述的EtherCAT转实时以太网模块（7），具备3个RJ45网络接口，分别用于连接EtherCAT网络，实时以太网络，以及配置网络。

2.根据权利要求1所述的一种H1000包装机控制网络的状态监控***的监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

a) 所述的CAN网络转EtherCAT网络模块（1），Profibus网络转EtherCAT网络模块（2），Profinet网络转EtherCAT网络模块（3），Modbus网络转EtherCAT网络模块（4）分别获取底层H1000控制网络的CAN网络节点1……n，Profibus网络节点1……n，Profinet网络节点1……n，Modbus网络节点1……n的网络状态并将其转换为EtherCAT标准报文,然后将这些状态报文在EtherCAT网络上以主动方式发送给EtherCAT主站；

b)EtherCAT主站将带有各网络节点的网络状态和时间戳的EtherCAT标准报文，通过EtherCAT转实时以太网模块主动发送到实时以太网上；

c)网络状态采集模块通过实时以太网获取底层控制网络状态报文，并将其传递到网络状态分析模块；

d)网络状态分析模块通过解析报文结构，判断出各个节点，各个模块的工作状态，通过与标准状态字进行比较，评价各个模块、各个节点的网络状态，并将结果存储到网络状态存储模块；

e)网络状态显示模块将状态信息实时展示，并可设立自主的报警规则，展示方式和报警方式可以有多种方式，包括声光、网页、客户端、邮件和短信。

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