CN207232713U - 基于Powerlink的车间设备监控*** - Google Patents
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Abstract
一种基于Powerlink的车间设备监控***，该***主要由上位机监控PC、Powerlink主站以及下位机数据采集从站组成；主站与各下位机数据采集从站之间采用Powerlink总线进行通信连接；主站的控制器以STM32F407ZGT6单片机最小***为核心部件，并连接有板载的按键、LCD、4路开关量输入、4路开关量输出、4路模拟量输入、2路模拟量输出、JTAG调试接口；下位机数据采集从站分别通过信号线与各车间设备连接。本新型将Powerlink实时工业以太网协议移植到ARM平台上，基于Powerlink的监控***开关量控制抖动为1us，通信周期达到200us，从而实现了车间设备的确定性、实时性通信监控。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种监控***，特别是一种基于Powerlink的车间设备监控***。
背景技术
车间设备运行状态监测是对安装在运行设备各个工位上的传感器进行数据采集和分析，依据分析结果对车间设备故障做出报警，并控制执行结构对设备进行调整和控制，降低设备故障的发生几率，为设备状态检修提供依据，保证设备的稳定运行。随着通信技术的发展，车间设备状态监控要求数据传输具有实时性、确定性。
目前，车间设备控制***的上层一般采用以太网通信方式，下层一般采用现场总线的通信方式，不能满足设备监测的准确性并提供实时监测、控制和报警的信息。此外，车间大量先进机器的应用也产生两个问题：其一，设备状态监控***需要采集的数据量大幅增加；其二，监控***对于数据传递的实时性提出更高的要求。把实时以太网作为工业控制的解决方案是工业控制的发展方向，Powerlink 工业以太网具有较高的实时性、便于开发移植等特点便于和上层***集成。
现将车间设备监控***的主要问题如下：
(1) 车间各类设备通信接口种类繁多，设备都是单机通讯，通讯采用现场总线，传输速度低，每台设备成为一个事实上的信息化孤岛，缺少统一管控、高效调度的集中监控***；
(2) 现有车间设备开关量控制抖动大，实时性差，不能满足控制需求，需要采用具备实时性、确定性控制能力的监控***。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于Powerlink的车间设备监控***，解决了现有车间设备监控***不具备的控制实时性、确定性的问题。
本实用新型所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本实用新型是一种基于Powerlink的车间设备监控***，其特点是，该***主要由上位机监控PC、Powerlink主站以及下位机数据采集从站组成；Powerlink主站与各下位机数据采集从站之间采用Powerlink总线进行通信连接；Powerlink主站、下位机数据采集从站的控制器采用ARM处理器，板载通信接口为高速网络接口；Powerlink主站的控制器以STM32F407ZGT6单片机最小***为核心部件，STM32F407ZGT6单片机最小***上连接有板载的按键、LCD、4路开关量输入、4路开关量输出、4路模拟量输入、2路模拟量输出、JTAG调试接口；4路模拟量输入作为温度、压力采集的输入端口，8路开关量输入输出作为I/O设备组控制信号的通信端口；下位机数据采集从站分别通过信号线与各车间设备连接。
本实用新型所述的一种基于Powerlink的车间设备监控***，其进一步优选的技术方案是：所述的车间设备上安装有传感器，所述的传感器选自电压传感器、电流传感器、温度传感器、电机转速传感器、振动频率传感器、开关量感应器、车间环境变量传感器中的若干种。
与现有技术相比，本实用新型的技术效果如下：
车间设备监控***的Powerlink主站、从站控制器直接采用基于ARM高性能处理器开发，板载通信接口为高速网络接口。将Powerlink实时工业以太网协议移植到ARM（STM32F407VGT6）平台上。基于Powerlink的监控***开关量控制抖动为1us ，通信周期达到200us，从而实现了车间设备的确定性、实时性通信监控。其实现的具体功能如下：
（1）控制器通信接口为网络接口，实现“一网到底”设计理念；
（2）直观形象的车间设监控：监控***采集车间设备运行状态，包括机床等设备开关机状态、报警信息、主轴负载、刀具使用状态、加工完成情况等；
（3）实现了确定性、实时性开关量控制，抖动小于1us、通信周期200us。
附图说明
图1为本实用新型基于Powerlink的车间设备监控***架构图；
图2为Powerlink主站控制器框图；
图3为车间设备监控***的数据采集与监控方法流程图。
具体实施方式
以下参照附图，进一步描述本实用新型的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本实用新型，而不构成对其权利的限制。
实施例1，参照图1和2，一种基于Powerlink的车间设备监控***，该***主要由上位机监控PC、Powerlink主站以及下位机数据采集从站（简称Powerlink从站或从站）组成；Powerlink主站与各下位机数据采集从站之间采用Powerlink总线进行通信连接；Powerlink主站、下位机数据采集从站的控制器采用ARM处理器，板载通信接口为高速网络接口；Powerlink主站的控制器以STM32F407ZGT6单片机最小***为核心部件，STM32F407ZGT6单片机最小***上连接有板载的按键、LCD、4路开关量输入、4路开关量输出、4路模拟量输入、2路模拟量输出、JTAG调试接口；4路模拟量输入作为温度、压力采集的输入端口，8路开关量输入输出作为I/O设备组控制信号的通信端口；下位机数据采集从站分别通过信号线与各车间设备连接。
所述的车间设备上安装有传感器，所述的传感器选自电压传感器、电流传感器、温度传感器、电机转速传感器、振动频率传感器、开关量感应器、车间环境变量传感器中的若干种。
Powerlink主站对各个下位机数据采集从站发出启动指令，并且实时处理Powerlink总线上传输的记录车间设备电压、电流、温度、转速、振动、压力、传感器位移、开关量、车间环境变量和电能质量运行参数，监测车间设备的实时运行状态，所有的数据存储在服务器上，并实现全自动设备故障报警以及控制执行机构及时启停设备；Powerlink主站、下位机数据采集从站的控制器采用ARM处理器，板载通信接口为高速网络接口，将Powerlink实时工业以太网协议移植到ARM平台上。
车间设备监控***主要完成对车间设备运行过程中状态变量的数据采集任务。具体包括: 电动机电压电流、设备温度、电机转速、振动频率等, 以及开关量、车间环境变量等一些状态信息。控制器主要根据车间设备监控***需要采集的模拟量以及开关量的数量来选择主控芯片的类型、存储器存储方式、网络通信方式。考虑到车间的特殊应用环境，电路设计重点考虑抗电磁干扰能力采用光耦隔离处理输入输出接口。考虑到Powerlink控制***具有较高的数据传输速率以及较强的实时性要求，***选用ARM芯片完成控制器硬件部分电路设计，在设计时，需要考虑多方面因素，如主CPU选型，存储器选择，通信方案的选择。通过分析基于Powerlink的控制***的特点，如通信速率、I/O开关量、A/D的数量、网络芯片的选择等；考虑***要有较好的动态响应和较好的静态稳定精度控制要求。实施例使用STM32F407ZGT6 与DP83848CVV完成网络硬件接口的设计开发。
本实用新型***根据车间设备状态监控的实际需求，开发了基于ARM芯片和Powerlink工业以太网的车间设备监控***方案, 实现对车间设备的监控。以满足各种工况下设备状态监控的应用需求。
本实用新型实现了将Powerlink协议其应用于热网监控设备上，优选以STM32F407ZGT6和物理层收发芯片DP83848CVV为基础设计基于Powerlink的控制器，完成一个包括1个管理节点和若干个控制节点的车间设备监控***。
Powerlink是基于标准以太网硬件平台的工业实时以太网协议，所以能实现以太网的平台，一般都能实现Powerlink。本设计的应用背景是车间设备监控***，对***通信的速率要求低于伺服驱动***，控制器硬件平台的设计主要考虑的是数据传输的确定性。
Powerlink主站控制器和下位机数据采集从站控制器的Powerlink协议栈移植：Powerlink的移植分为主站控制器和从站控制器协议栈分别移植，主要包括：网卡驱动程序部分的修改、对象字典的配置、定时器Timer部分配置；主站网络数据是由高精度的时钟触发，定时与从站进行数据交互并执行IO 操作；Powerlink主从站直接采用主站轮询从站的形式来传送实时同步性的数据，在一个循环周期的后部分时间内来传送非实时要求的普通数据；Powerlink通信过程中需要处理的任务一般包括事件队列、以太网收发处理事件、时钟事件处理和外部按键输入处理。
参照图3，车间设备监控***的数据采集与监控方法如下：车间设备状态监控***的数据采集与控制是在上位机监控PC监控下完成的，主要包括Powerlink主站控制下位机数据采集从站采集车间设备各个工位的传感器数据以及根据监控分析结果控制设备的运行状态；上位机监控PC向现场层发送数据采集请求，现场层Powerlink主站收到请求报文后开始轮询下位机数据采集从站，下位机数据采集从站判断由上位机监控PC向现场设备发送数据采集请求报文,现场设备在收到请求报文后判断是采集开关量还是传感器模拟量，如果是采集数字量就直接读取现场设备IO模块端口，并保存该数字量，然后打包成报文发送给上位机监控PC显示；如果现场设备收到的是模拟量的采集请求报文，Powerlink主站控制器将启动内部AD转换，端口采集的重要工位传感器模拟量打包成Powerlink报文送至上位机监控PC监控界面显示。
Claims (2)
1.一种基于Powerlink的车间设备监控***，其特征在于，该***主要由上位机监控PC、Powerlink主站以及下位机数据采集从站组成；Powerlink主站与各下位机数据采集从站之间采用Powerlink总线进行通信连接；Powerlink主站、下位机数据采集从站的控制器采用ARM处理器，板载通信接口为高速网络接口；Powerlink主站的控制器以STM32F407ZGT6单片机最小***为核心部件，STM32F407ZGT6单片机最小***上连接有板载的按键、LCD、4路开关量输入、4路开关量输出、4路模拟量输入、2路模拟量输出、JTAG调试接口；4路模拟量输入作为温度、压力采集的输入端口，8路开关量输入输出作为I/O设备组控制信号的通信端口；下位机数据采集从站分别通过信号线与各车间设备连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Powerlink的车间设备监控***，其特征在于：所述的车间设备上安装有传感器，所述的传感器选自电压传感器、电流传感器、温度传感器、电机转速传感器、振动频率传感器、开关量感应器、车间环境变量传感器中的若干种。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112327688A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-05 | 四川绵阳鼎鑫智能装备有限公司 | 一种数字化车间仿真模拟*** |
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2017
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| CN112327688B (zh) * | 2020-10-29 | 2021-11-12 | 四川绵阳鼎鑫智能装备有限公司 | 一种数字化车间仿真模拟*** |
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