作者簡介

    袁海峰（1983-），男，工學碩士，現任德國赫優訊自動化系統有限公司技術支持，主要從事現場總線、實時以太網產品支持與技術研究。

    摘要：美國優勝公司的Vector型測漏儀具有測試精度高、可重復性好等優點，本文介紹了通過德國赫優訊netTAP系列網關為該測漏儀系統提供各種現場總線及實時以太網通訊接口，從而能夠連入控制系統。Vector型測漏儀目前已在通用汽車發動機裝配線氣密性檢測中得到了良好應用，并且通訊效果穩定。

    關鍵詞：Vector型測漏儀；netTAP系列網關；現場總線通訊接口

    1 引言

    在過去40年來，美國優勝（USON）一直處于世界密封/泄漏檢測和無損檢測技術的前沿，是汽車、醫療用品、制藥和通用工程行業中自動泄漏測試設備的領導者。作為市場上速度最快、功能最強大的檢漏儀，優勝Vector 系列檢漏儀能夠進行各種泄露和流量檢測，具有最高的精確度和可重復性，把產品效率和生產能力提高到新的高度。目前Uson公司推出的Vector已經在世界上幾十個國家一百余個發動機以及零部件的密封檢測生產線上得到很好應用。Vector與德國、法國、日本等國研制的同類測漏儀相比，獨特的優點是可以實現多通道測試，可配置多達10個獨立通道，每個通道可實現單獨測試。這樣可以節省密封測試工作站的設置，從而節省使用廠家的設備投資。

    在完成各種檢測之后，需要把檢測數據傳送到主控PLC，而PLC也需要下發控制指令。因為目前在控制系統中存在許多不同的通訊協議，如不同的現場總線：PROFIBUS、CANopen、DeviceNet等；或不同的實時以太網協議，如：PROFINET、Ethernet/IP、Modbus/TCP等。各個廠家的PLC都支持某一種通訊協議，因此集成德國赫優訊netTAP系列網關，通過Modbus RTU串口協議與優勝測漏儀系統連接，能夠為測漏儀系統增加各種總線通訊接口，連入不同的控制系統中。

    2 Vector 系列檢漏儀介紹

                    

                     圖1 美國優勝Vector測漏儀

    Vector測漏儀均有三部分組成：操作面板、電器和氣動系統，如圖1所示。

    （1）操作面板

    Vector測漏儀操作面板有三種安裝形式：19" 框架式、NEMA標準機箱及桌面頂端式。 用戶可以選擇大型的12.1"彩色平板LCD以獲得更大的可視角度，或緊湊型的5.5"彩色平板LCD。 所有的Vector操作員面板均有醒目合格和不合格指示燈、觸摸響應數字鍵盤、可用軟件定義的功能鍵、啟動和停止按鈕、IR端口、鼠標和鎖匙，上海通用發動機項目選用12.1"彩色平板LCD。

    （2）電子系統

    Vector測漏儀的電子系統采用了插入式模塊設計，模塊可以插入電子cPCI底架。電子底架有兩種型號。標準電子底架有7個模塊插槽。擴展式電子底架有15個模塊插槽。 這兩種型號的電子底架可用于19" 框架式或NEMA標準機箱。

    （3）氣動系統

    Vector測漏儀氣動系統可方便安裝在19" 框架式的架/托盤或NEMA機箱上。 Vector測漏儀使用標準的氣動組件，方便安裝和使用。 Vector測漏儀使用的標準氣動閥通常由115 VAC 或 24 V DC電源供電。 除了多種不同的標準氣動系統以外，也可根據用戶要求特殊定制。

    測漏儀的相關參數如下：

    操作系統： WindowsTM XP
    測試壓力范圍：真空-5,000
    PSI分辨率：可達到0.000001 PSI
    流量范圍： 0.01 cc/min - 1000 SLPM
    通道數量：可配置多達10個完全獨立的通道
    程序數量：無限制 通訊協議（ Ethernet TCP/IP，Modbus，Interbus/S，RS-232串行接口）
    測試模式： 壓力衰減法, 壓差法, 壓力增加法，質量流量法和真空法
    選項： 信號分析

    本例中使用赫優訊NT30-DPS網關，通過Modbus RTU協議與機箱上的串口相連，為整個測漏儀協同提供PROFIBUS從站通訊接口。

    3 德國赫優訊NT30-DPS網關使用

                      

                          圖2 德國赫優訊NT30網關

    NT30系列網關（如圖2所示）是德國赫優訊針對串口協議到現場總線協議推出的產品，其中NT30-DPS網關同一個硬件既能支持三種不同的協議轉換：PROFIBUS-DP到Modbus RTU協議、PROFIBUS-DP到ASCII協議、PROFIBUS-DP到3964R協議。不同的協議轉換通過下載不同的協議堆棧（Firmware）來實現，串口形式可根據用戶需要，選擇RS232、RS422或RS485，以及是公接頭、母接頭或多股線纜形式。NT30出廠時并沒有加載Firmware，用戶可根據需要加載所需的Firmware。并且，在加載完Firmware后，需要對網關進行配置，再將配置文件下載到網關中。

    對于NT30網關，實現的是數據透明傳輸，因此只需要配置串口協議和PROFIBUS協議的相關參數即可，網關作為PROFIBUS從站，在PROFIBUS網絡中的站地址可以通過網關上的撥盤進行設置。

    3.1 通訊原理

    NT30-DPS網關的串口端既可作為Modbus RTU通訊的從站，也可作為主站。在本例中網關作為主站，通訊原理如圖3所示。

                

                                        圖3 網關通訊原理

    所有過程數據與PROFIBUS-DP狀態信息都保存在網關的過程鏡像存儲區中，輸入輸出各256個寄存器，即各512 BYTE。對于PROFIBUS從站，實際最大支持輸入輸出各122 WORD，即各244 BYTE。網關與PROFIBUS-DP主站之間的通訊自動完成，與Modbus RTU從站之間的通訊通過Modbus功能碼實現。此時需要在網關中設置Modbus命令，通過功能碼4讀取Modbus從站的數據，保存在過程鏡像區后自動發送至PROFIBUS-DP主站；PROFIBUS-DP主站發送的數據自動保存在過程鏡像區，再通過功能碼16發送至Modbus從站；同時，也可以通過功能碼16將PROFIBUS-DP通訊的狀態信息發送至Modbus從站。

    3.2 網關配置

    （1）設置Modbus串口參數，包括串口接口形式、波特率、Modbus主站或從站、Modbus站地址，如圖4所示。

                     

                     圖4 Modbus串口參數配置對話框

    （2）設置PROFIBUS-DP輸入輸出字節數，如圖5所示。

                   

                            圖5 PROFIBUS參數配置對話框

    （3）配置Modbus命令，最多可配置300條命令，從而完成對優勝測漏儀的數據通訊，如圖6所示。

               

                       圖6 Modbus串口命令表配置對話框

    完成所有配置后，將配置文件下載到網關中，網關即可開始通訊。

    4 上海通用汽車動力總成生產線的應用

    發動機是汽車的“心臟”。發動機的氣密性檢測是發動機壓縮系統工作性能好壞的綜合指標。氣密性越好，轉速也就越高，扭矩也會越大。氣密性差的發動機不僅功率小，而且還會因吸油性能差等原因造成工作不穩定，出現難以調整以及容易停車等現象。在工廠生產中，發動機因氣密性差造成的報廢率比較高，發動機氣密性檢測已成為自動生產線上一個不可缺少的重要環節。圖7為Vector測漏儀在通用現場的應用。

                  

                    圖7 Vector測漏儀在通用現場的應用

    控制系統中使用GE控制器，提供有PROFIBUS主站通訊接口，因此通過德國赫優訊NT30-DPS網關，能夠將Vector測漏儀連入PROFIBUS控制網絡中，如圖8所示。

                    

                   圖8 NT30-DPS網關應用于Vector測漏儀系統


    5 結論

    Uson推出的Vector測漏儀在上海通用L850發動機的缸蓋生產線（測試進排氣門密封）、短缸體生產線（測試油道密封）、長缸體的生產線（水道、油道密封）得到很好的應用。測試儀器應用中的重復性和穩定性達到了上海通用生產線的驗收要求。Vector測漏儀與PLC的數據通訊通過德國赫優訊NT30-DPS網關的傳輸狀態良好，傳輸穩定。目前Uson公司和國內外知名自動化設備企業如ABB、COMAU、大連智云、沈陽新松、上海新松、上海巨馳等合作，Vector將在通用五菱項目、通用煙臺GF6等項目進一步得到應用，相信在國內會有更多的汽車發動機廠家選擇應用。

    參考文獻：

    [1] Vector Administration Manual March, 2005.
    [2] ComProDTM_en, Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH, 2007.
    [3] NtDpsMbr_en, Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH, 2004.