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基於Zigbee 的模擬磨床監控（kòng）係統設計

2017-11-17 來源：無錫職業技術學院控製技術學院作者：曹小兵景鑫（xīn）

摘要：針對磨床（chuáng）運行過程監控問題，設（shè）計了一種（zhǒng）基於Zigbee 的模擬磨床監控係統。分析（xī）了（le）係統總體（tǐ）功（gōng）能，利用PLC、HMI、Z-box等搭建了係（xì）統硬件，在此基礎上進行了軟件配置，製作了HMI 界（jiè）麵，給出了具體的設計思路，並對樣機進行了調試與運行（háng）。監（jiān）控結（jié）果表明，該模擬磨床監控係統正確有效，設計思路與方法可為類似監控係（xì）統的研製提供參考（kǎo）。

關鍵詞:磨床 Zigbee 監控係統 HMI

一、引言

傳統磨床生產線，如果在自動加工過程中出現某種設備故障或者存在參數問題（tí），將影響整個生產線的加工（gōng）產量、效率及（jí）精度。人工監控方法可靠性、實時性差，且浪費很多人力資源，因（yīn）此設計（jì）磨床監控係統對整個流程進（jìn）行監測和控製具有很大的實際意義。本文根據我校信捷電氣實訓室中的已有設備搭建（jiàn）了模擬（nǐ）磨床，並利用無線網絡通信（xìn）模塊設計了監控係統，本（běn）係統（tǒng）主要具有3 個功能：

1 實現節點內部的數據（jù）采（cǎi）集和處理曰

2 負責上下位機的數據交換曰

3 監控多條生產線的運行狀況遙

設計思（sī）路可為（wéi）類似監控（kòng）係統的研製提供參考。

二、總（zǒng）體方案設計

係統的設計目標是實現BOSS 化監控，即“分（fèn）散控製，集中管理”。使用BOSS 監控（kòng）係統可（kě）以有效（xiào）地解決集散控製（zhì）係統的布線問題。為了達（dá）到監控係統的控製要求（qiú），需要建立（lì）一個生（shēng）產線數據發送（sòng）與上位監控機采集的局（jú）域網絡。應用Zigbee 組網技術[1-4]建立一個現場監控網絡，使下位機通過網絡節點與上（shàng）位機監控界麵進行通訊，進行數據的傳（chuán）輸。本（běn）係統中，采（cǎi）用由信捷電氣股份（fèn）有限公司開發的基於Zigbee 組網技術的Z-box 模塊作為上位機的網絡節點，下位機采用Z-box-bd 模塊作為網絡節點，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（sān）、係統軟（ruǎn）硬件設計

1、硬件平（píng）台搭建

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

SWITCH 開關，設置為路由模式加入由Z-box 組（zǔ）建的網絡中去。搭建好的硬件實（shí）驗平台如圖1 所示。

圖1 硬件實驗台實物圖

2、軟件配置

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

圖2 Z-BOX 配置界麵

（1）圖2 界麵中具體參數的含義為：

①串口：通過串口線連接（jiē）到電腦上（shàng）的COM 口；

②串口連接狀態：電腦與Z-BOX 模塊連接串口正確時，顯示“串口打開成功”，否則顯示“串口超時”；

③設備類型設置：Z-BOX 模（mó）塊有兩種連接模式，PLC模式和PC 模式；

④模塊模式：顯示（shì）Z-BOX 模塊當前處於（yú）什麽（me）連接模式，PC 模式或者（zhě）PLC 模式；

⑤讀出參數：讀（dú）出模塊當（dāng）前的參數；

⑥寫入參數：修改當前模塊的參數。

（2）Z-box-bd 軟件配置具體操作步驟為（wéi）：

①將BD 板裝好，並插入到相應的XC PLC 上；

② 將XC PLC 連（lián）接到電腦上，打開信捷編程軟件XCPPro 軟（ruǎn）件；

③選擇（zé）“PLC 設置”菜單（dān）-“PLC 串口設置”，打開對話框，選（xuǎn）擇串口號，並設置Modbus 站號；

④選擇串口設置左邊列表欄（lán）“BD”，設置BD 參數（shù）。

（3）在整個過程中有兩點特別需要注（zhù）意

①PLC 串（chuàn）口設（shè）置，一定要先選擇（zé）串口，再設置Modbus站號，點擊“寫入PLC”按鈕，將參數寫到PLC； ②BD 設置，點擊“讀取PLC”，然後下載程序到PLC，給PLC 重新上電。參數設置完（wán）畢後，就可以對PLC 進行編程，上傳和下載程序（xù）。

3、上位機人（rén）機界麵設計

上位機采用TouchWin 軟件製作監控畫麵，畫麵實現對磨（mó）床1 和磨床2 的分別監控，並且設有管理員（yuán）登錄權（quán）限。上位機監控目錄分為1 號磨床監控畫麵；2 號磨床監控畫麵；曆史報警記錄菜單；生產（chǎn）管理菜單；用（yòng）戶登陸界麵等。登陸係（xì）統後，首先進入磨床歡迎界麵（miàn），此界麵也作為待機畫麵。為了節約能源，增加資料的保密性，該係統加（jiā）入（rù）了待機功能，在1 分鍾內對上位機沒有任何（hé）操作，係統會自動跳轉到待機畫麵，如果需要進入係統則需要再次重新輸入（rù）密碼，增加了（le）數據信息的保密性。

在1 號和2 號磨床監控畫麵裏有對砂輪電機運行狀態，油（yóu）泵電機運行狀（zhuàng）態，冷（lěng）卻（què）電機運行狀態，伺服異常（cháng），變頻異常，欠磁報警的監控，X、Y、Z 軸的位置信息以及各（gè）軸的極限報警。2 號磨床監（jiān）控界麵如圖3 所示。

圖3 磨床監控界麵

報警記（jì）錄菜單可（kě）以用來查詢所有的報警信息，當有報警產生時，該係統會自動記錄（lù）報警的時間及報警的事件信息。製作報警（jǐng）曆史（shǐ）查（chá）詢可（kě）以方便監控設備的運行（háng）信息，對設備的維修和改進具有重要意義。

生產管理（lǐ）菜單用來記錄各個磨床的產量，合格率。一個產品的合格率代表著一個（gè）企業的品質，企業品質的好壞決定著（zhe）一個（gè）企業（yè）的存亡命運，所以製作生產管理菜單可以實

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（tú）4 生（shēng）產（chǎn）管理界麵（miàn）

四、係統調試

在軟（ruǎn）件和硬件都（dōu）配置完成，上位機界麵製作完成後，在電腦上采（cǎi）用在線模擬（nǐ）通（tōng）過上位機（jī）來監控下（xià）位機各個（gè）節點的運行信息。根據所搭建的模擬實驗台編寫下位機PLC 程序，進而（ér）控製外圍（wéi）設（shè）備的運轉，實現一屏多機（jī）控製。模擬磨床1 試驗台運行及（jí）上位機監（jiān）控如圖（tú）5、6 所示（shì）。係統運行結果表明，本文設計的模擬磨床監控係統工（gōng）作（zuò）正常（cháng），滿足預定要（yào）求。

圖5 模擬磨床1 實驗台運行圖（tú）

圖6 上位機監控圖

五、結（jié）束語

本（běn）文設計了基於（yú）Zigbee 組（zǔ）網（wǎng）技術的模擬磨床監控（kòng）係統，實現了節點內部的數據（jù）采集和處理，滿足了上下位（wèi）機的數據交換，實現了對設備運（yùn）行狀況（kuàng）的監控，滿足了預定的控（kòng）製要求。硬件係統上，簡化了工業現場傳統的布線複雜問題，Z-box 位置可以隨意（yì）放置，便（biàn）捷地與終端設備建立網絡通訊。需要（yào）指出由於本文設計的上位機隻有監控提醒功能，沒有遠程修複功能，因此該係統還有待進一步開發，實現上位機可以（yǐ）對下位機參數等信息（xī）進（jìn）行修改（gǎi），從（cóng）而達到係統智能化。

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