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基於Zigbee 的模擬磨床（chuáng）監控係統設計（jì）

2017-11-17 來源：無錫職業技（jì）術學院控製技（jì）術學院作者：曹小兵景（jǐng）鑫

摘（zhāi）要：針對磨床運行過程監控問題，設計了一種基於Zigbee 的（de）模擬磨床監控係統。分析了係統總體功能，利用PLC、HMI、Z-box等搭建了係統硬件，在此基礎上進行了軟（ruǎn）件配置，製作了HMI 界麵，給（gěi）出了具體的設計思（sī）路，並對樣機進行了調（diào）試與運行。監控結果表明，該模擬磨床監控係統正確有效（xiào），設計思路與方法可為（wéi）類似監控係（xì）統（tǒng）的研製提供參（cān）考。

關鍵（jiàn）詞:磨床 Zigbee 監控係統 HMI

一、引言

傳統（tǒng）磨床生產線，如果在自（zì）動加工過程中出現（xiàn）某種設備（bèi）故障或者存在參數問題，將影響整（zhěng）個生產線的加工產量（liàng）、效率及精度。人工監控方法可靠性（xìng）、實時（shí）性差，且浪費很多人力資（zī）源，因此設計磨床監控係（xì）統對整個流程進行監測和控製具有很大的實際意義。本文根據我校（xiào）信捷電（diàn）氣實（shí）訓室中（zhōng）的已有設備搭建（jiàn）了模擬磨床，並利用無線網絡通信模塊（kuài）設計了監控係統，本係統主要（yào）具有3 個功能（néng）：

1 實現節點內部的數據采集和處理曰

2 負責（zé）上下位機的數據交換曰

3 監控多條生（shēng）產線的運行狀況（kuàng）遙

設計思路可為類似監控係統的研製提（tí）供參考（kǎo）。

二、總體方案設計

係（xì）統（tǒng）的設計目標（biāo）是實（shí）現（xiàn）BOSS 化監控，即“分散控製，集（jí）中管理”。使用（yòng）BOSS 監控係統（tǒng）可以有效地解決集散控製係統的布線問題。為（wéi）了達到監控係（xì）統的（de）控製要求，需要建立一個生產線數據發送與上位監控機采集的局域網絡。應用Zigbee 組網（wǎng）技術[1-4]建立一（yī）個現場監控網絡，使下（xià）位機通過網絡節點與上位機監控界麵進（jìn）行通（tōng）訊，進行數據的傳輸。本係統中，采（cǎi）用由信捷電氣股份有限公司開發（fā）的基於Zigbee 組網技術的Z-box 模（mó）塊作為上位機的網絡節點，下位機采用Z-box-bd 模塊作為網（wǎng）絡節點，與Modebus 設備PLC 相連。該係統的設計流程主要包括三部分：

1、下位機模擬程序的設計；

2、基於Z-BOX 係統網絡的組建；

3、上位機人機界麵的設計。

三、係統軟（ruǎn）硬件設計

1、硬件平台搭建

為了搭建硬件平台，需將Z-box 電源連接，用串口線（xiàn）通過RS232 串口與上位機連接，並設置SWITCH 開（kāi）關為協調器模式。將Z-box-bd 分別安裝在PLC1 和PLC2 上並配置

SWITCH 開（kāi）關，設置為路由模式（shì）加入由Z-box 組建的（de）網絡中（zhōng）去。搭建好的（de）硬件實驗平台如圖1 所示（shì）。

圖1 硬件實驗台實（shí）物圖

2、軟件配置

在係統（tǒng）硬件搭建完成後，要對通訊參數進行配置（zhì），以達到節點與節點之間的網絡通訊。雙擊打開Z-BOX Config 軟件進行配置，如圖2 所示。

圖2 Z-BOX 配置界麵

（1）圖（tú）2 界（jiè）麵中具體參數的含義為：

①串口：通過串（chuàn）口線連接到電腦上的COM 口；

②串口連接狀態：電腦與Z-BOX 模（mó）塊連接串口正確時，顯示“串（chuàn）口打開成功”，否則顯示“串口超（chāo）時”；

③設備類（lèi）型設置：Z-BOX 模塊有兩（liǎng）種連接模式，PLC模式和PC 模式；

④模（mó）塊模式：顯示Z-BOX 模塊當前處（chù）於（yú）什麽（me）連接模式，PC 模式或者PLC 模式；

⑤讀出參（cān）數：讀出（chū）模塊當前的（de）參數；

⑥寫（xiě）入參數：修改當前模塊的參數。

（2）Z-box-bd 軟件配置具體操作（zuò）步驟為：

①將BD 板裝好，並插入到相應的XC PLC 上（shàng）；

② 將XC PLC 連接（jiē）到電腦上，打開信捷編程軟件XCPPro 軟件；

③選擇“PLC 設置”菜單-“PLC 串口設置”，打開對話框，選擇串口號，並設置Modbus 站號；

④選擇串口（kǒu）設置左邊列表欄“BD”，設置BD 參數。

（3）在整個過程中有兩點特別需要注意

①PLC 串口設置，一定要先選擇串口，再設置Modbus站號（hào），點擊“寫入PLC”按鈕，將參數寫到PLC； ②BD 設（shè）置（zhì），點擊“讀取PLC”，然後下載程序（xù）到PLC，給PLC 重新上電。參數設置完畢後，就（jiù）可以（yǐ）對PLC 進行編程，上（shàng）傳和（hé）下載程（chéng）序。

3、上位機（jī）人機界（jiè）麵設計

上位機采用TouchWin 軟（ruǎn）件製作監控畫麵（miàn），畫麵（miàn）實現（xiàn）對（duì）磨床1 和磨（mó）床2 的分別（bié）監控，並且設有管理員登（dēng）錄權限。上位機（jī）監控目錄分為1 號磨床監（jiān）控畫（huà）麵；2 號磨床監控畫麵（miàn）；曆史報警記錄菜單；生產管理菜單；用戶登陸界麵等。登陸係統後，首先（xiān）進入磨床（chuáng）歡迎界麵，此界（jiè）麵也作為待機畫麵。為了節約能（néng）源，增加資料的（de）保密性，該係（xì）統加入了待機功（gōng）能，在1 分（fèn）鍾內對上位（wèi）機沒有（yǒu）任何操作，係統會自動（dòng）跳（tiào）轉到待機畫麵，如果需要進入（rù）係統則需要再次重新輸（shū）入密碼，增加了數據信息的保密性。

在1 號和2 號磨床監控畫（huà）麵裏有對砂輪（lún）電機運行狀態，油泵電機運行狀態，冷卻電機（jī）運行狀態，伺服異常，變頻異常，欠磁報警的監控，X、Y、Z 軸的位置信息以及各軸的極限報警。2 號（hào）磨床（chuáng）監（jiān）控界麵如圖3 所示。

圖3 磨床監控界麵（miàn）

報警（jǐng）記錄菜單可（kě）以用來查詢所有的報警信息，當有報警產生（shēng）時，該係統（tǒng）會自動記（jì）錄報警的時間及報警（jǐng）的事件信息。製作（zuò）報警曆史查詢可以方便監控設備的運行信息，對設（shè）備的維修和改進具有重要意義。

生產管理菜（cài）單用來記錄各個磨床的產量，合格率。一個產品的合格率代（dài）表著一（yī）個企業的品質，企業（yè）品質的好壞決定著一個企業的存亡命運，所以製作生產管理菜單（dān）可以（yǐ）實

時地對產品質量進行把關，確保生產不良ZERO 化。生產管理界麵如圖4 所示。

圖4 生產管（guǎn）理界麵

四、係統調試

在軟件和硬件都（dōu）配置完成，上位機界麵製作完（wán）成後，在電腦上采用在線模擬通（tōng）過上位機來監控下位機各（gè）個節點（diǎn）的運行信息。根據所搭建的（de）模擬實驗台編（biān）寫下位機PLC 程序，進而控製外圍設備的運轉，實現一屏多機控製。模擬磨床1 試驗台運行及上位機監（jiān）控如圖5、6 所示。係統運行結果表明，本文設計的模擬磨床監控係統工作（zuò）正常，滿足預定要求。

圖5 模擬磨床1 實驗台運行圖

圖6 上位機監控圖

五、結束語

本文設計了基（jī）於Zigbee 組網技術的模擬磨床監控係統，實（shí）現了節點內（nèi）部的數據采集和（hé）處理，滿足了上下位機的數據交（jiāo）換，實（shí）現了對設（shè）備運行狀況（kuàng）的監控（kòng），滿足了預定的（de）控製要求。硬件（jiàn）係統上，簡化了（le）工業現場傳統的布線複雜（zá）問題，Z-box 位置可以隨（suí）意放置，便捷地與終端設備建（jiàn）立網絡通訊。需要指出（chū）由於本文設計的上位機隻有監控提醒功能，沒有遠程修複（fù）功能，因（yīn）此該係統還（hái）有待進一步開發，實現上位機可以對下位機參數等信息進行修改，從而達到係統智能化。

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