西门子6ES7231-7PB22-0XA8当天发货
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计算机与PLC集成控制系统的基本组成、功能、系统软硬件设计与通信技术以及该系统在石化行业的应用。
近年来,国际市场上石化产品的竞争日趋激烈。与国外同类产品相比,我国的石化产品无论在生产工艺上,还是产品质量上,都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品发展严重滞后的局面,国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求,针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点,开发研制了计算机与PLC集成控制系统。该系统控制可靠、操作简便、开放性强、性能价格比高,在国内石化系统的数家企业推广应用后,受到好评。
1 系统组成
计算机与PLC集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成(如图1)。生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视监视设备、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。中央控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。通过计算机与PLC集成控制系统,将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体,从而大限度地利用了信息资源。
图1 计算机集成控制系统的组成
2 系统功能
为满足用户提出的技术要求和现场的工况,此控制系统的设计具有以下功能:
1.根据用户提出的技术要求,按照添加剂配方的比例jingque地配制生产各种型号的石化产品,并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个生产过程的自动化。
2.通过自行开发的计算机软件,实现生产现场的动态监控。良好的人机界面、清晰的组态图形,使得操作人员通过计算机屏幕,对于现场的各种工况变化一目了然。
3.在现场生产中,为提高整个控制系统的jingque性,在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能,这些相互独立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。
4.当系统出现压力报警或油面报警时,一方面通过PLC程序实现自动停车,另一方面借助于语音卡,在控制间的操作人员可以立即听到报警信号,及时采取相应措施。
5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处,技术人员不宜靠近,在现场设置了电视监视设备,让技术人员实现远程监控。为便于管理,还安装了现场通话设备。
6.在中央控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏,在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路,而且能够动态显示油的液位、流向,让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。
7.通过微机联网,质量检查部门可以直接得到工业现场的信息,各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。
3 硬件与软件设计
3.1 硬件设计
在本系统中,工业现场控制是核心,而工业现场控制主要由PLC系统完成,所以如何合理有效地使用PLC技术就成了设计的关键。PLC的特点是控制可靠,编程简单,但程序内存不大,不能进行复杂的编程;而石化产品的特点是生产工艺复杂,产品型号繁多,往往1条生产线就能够生产几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。如果设计时采用常规的PLC控制系统,那么1条生产线就需要20几台PLC基本模块和A/D转换模块。投资巨大,而且按照现代控制理论,在1个控制系统中配置的控制模块越多,控制越不可靠。为了减少投资和增强控制的可靠性,在PLC控制系统的硬件配置上进行了多项创新。
以润滑油生产线为例,在润滑油生产车间,有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。如果按常规设计,需要8块FX-4AD模块。为减少投资,设计了多路开关切换电路,只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。图2为FX-4AD模块的多路开关切换示意图。
图2 FX-4AD模块的多路开关切换示意图
图2中,FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块,Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能,其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点,由PLC编程控制。这个多路开关切换电路简单实用,而且节省了大量投资,实践证明,该电路在控制精度上完全满足用户的需要。
3.2 软件设计
在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中,也采用了许多新的设计思想。
仍以润滑油生产车间为例,按照用户提出的72种润滑油的生产工艺和技术要求,如果用常规方法编程,需要12台PLC基本模块。为节约投资,我们充分利用PLC的文件寄存器(2000点),用逐项查表的方法编写了1个72种润滑油的通用程序,用1台PLC基本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。
我们选用了三菱公司生产的FX系列的可编程序控制器,文件寄存器共计2 000点(D1000~D2999)。为节约程序内存,充分利用PLC本身提供的指令资源,我们选用了字传送方式,用1个16bit的字来控制PLC触点的16个输出触点,而不必像过去那样,1条指令只能控制1个输出触点。例如在图3中,首先X0导通,十进制数K6送入数据寄存器D0,接着X1导通,数据寄存器D0的数值K6转化为二进制数“0000 0000 0000 0110”送入K4Y0,控制输出Y0~Y17共计16个触点的动作,其开关动作和数据寄存器D0的数值K6一一对应。如图4所示,“1”控制输出触点导通,“0”控制输出触点关断。在此例中,Y1、Y2触点导通,其余输出触点关断。
图3 字传送方式控制输出触点示意图
图4 数据寄存器DO的值与16个触点的对应关系
通过字传送方式,我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作,大大节省了程序空间。在这种设计思想下,我们把72种润滑油的工艺流程全部用字方式编写,然后输入文件寄存器,并在此基础上,编制了72种润滑油的通用程序。在通用程序运行时,根据某一润滑油的型号,通过查表的方式,在文件寄存器中调出对应的数据段(这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程),然后该数据自动输入PLC的控制程序,使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。如图5所示之例,润滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件寄存器D1050~D1060 10个字节中。程序运行时,首先根据润滑油型号在文件寄存器中寻址,查到正确的地址后,调出D1050~D1060 10个字节的数据,然后输入到通用程序的相应寄存器,参与工业控制。
图5 文件寄存器示意图
4 计算机与PLC的通信技术
在计算机与PLC集成控制系统中,一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信。若在整个系统设计中全部采用进口器件,软件也选用相应的进口产品,那么,整个工程造价惊人。针对这种情况,我们自行开发了计算机与PLC的串行通信技术。该技术设计思想先进,软硬件简单实用,可靠性高,性能价格比好,兼容性强,可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。
从硬件上讲,现在中国市场上使用的PLC,在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口;而微型机多采用RS232接口。这样在计算机与PLC通信时就不可避免地要选用RS422-RS232转换模块,同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求,这个转换模块必须具有良好的隔离功能和放大功能,而选用高性能进口模块,必定提高工程造价。
针对这种情况,为降低工程造价,我们在硬件上用1根普通的通信电缆代替进口的通信模块,在电缆的接口处采用先进的电路设计技术和单片机技术,以完成信号的隔离和放大功能。实践证明,通信的可靠性完全可以和国外的进口模块媲美,而且造价极低。
从软件上讲,计算机和PLC的通信技术属于保密技术,长期为国外公司垄断。这就使得我们只要选用了该厂家生产的PLC,就必须选用它开发的工控软件,提高工程造价。针对这种情况,我们开发了自己的工控软件。下面以三菱公司生产的FX系列可编程序控制器为例,介绍我们的软件设计。FX系列可编程序控制器命令格式如表1所示。
表1 FX系列可编程序控制器的命令格式
命令 命令号 日标设备 功 能
设备读 命令‘0’ X/Y/M/S/T/C/D 读位设备或字设备状态
设备写 命令‘1’ X/Y/M/S/T/C/D 写位设备或字设备
强制开 命令‘7’ X/Y/M/S/T/C 打开位设备
强制关 命令‘8’ X/Y/M/S/T/C 关闭位设备
每一个字符都以ASCII码形式串行传输,传输格式如图6。
图6 字符传输格式
例如,字符‘F’(ASCII码是46H)的传输格式如图7。
图7 字符“F”的传输格式
一般文本数据的传输格式如图8。
图8 文件数据传输格式
图8中,STX为文本的开始,其ASCII码定为02H;ETX为文本的结束,其ASCII码定为03H;CMD为命令字符,取‘0’、‘1’、‘7’、‘8’。
在STX之后,被传送数据的ASCII之和,也被作为2个字符码发送。
例如,实现从地址10F6(10F6为寄存器D123的地址)处读取4个字节数据,执行传输格式如图9。
求和:
30H+31H+30H+46H+36H+30H+34H+03H
=74H
图9 传输格式之例
通过改变命令号和地址号,就可以实现计算机与PLC之间的读、写、强制开关等基本功能,用户可以使用我们研制的通信软件,也可以在该软件基础上,根据实际情况灵活地用C语言开发自己的通信程序,这正体现了该软件的开放性特点。
5 结束语
计算机集成控制系统采用了先进的系统集成的设计思想,投入运行后,为企业带来了可观的经济效益和社会效益。该系统在工业现场控制方面,尤其在PLC控制方面,独树一帜,以其卓越的控制功能和良好的性能价格比,赢得了用户的广泛赞誉。
1、 引言
触摸屏是一种新型可编程控制终端,是新一代高科技人机界面产品,适用于现场控制,可靠性高,编程简单,使用维护方便。在工艺参数较多又需要人机交互时使用触摸屏,可使整个生产的自动化控制的功能得到大大的加强。
PLC有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年,随着科学技术的不断进步,各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高,采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。触摸屏结合PLC在闭环控制的变频节能系统中的应用是一种自动控制的趋势。
触摸屏和PLC在闭环控制的变频节能系统中的使用,可以让操作者在触摸屏中直接设定目标值(压力及温度等),通过PLC与实际值(传感器的测量值)进行比较运算,直接向变频节能系统发出运算指令(模拟信号),调节变频器的输出频率。并可实时监控到被控系统实际值的大小及变频器内的多个参数,实现报警、记录等功能。一般PLC结合触摸屏的闭环调节的变频节能系统如下图所示。
2、 闭环控制的变频节能系统用途很广,各种场合的变频节能系统的拖动方式及控制方式各有不同,具体应用时应根据实际情况选择设计。下面列举一些:
中央空调节能:冷冻泵、冷却泵、主机、却塔风机、风机盘管等。
恒压供水:水厂一、二级泵,供水管网增压泵、大厦供水水泵等
锅炉:引风机、送风机、给水泵等,变频节能系统的控制调节预处理信号由锅炉自动控制系统、DCS或多冲量控制系统给出。
汽轮机:循环泵、凝结泵等,其控制调节预处理信号由汽轮机自动控制系统及DCS给出。
纯水处理系统:软化水泵、增压泵等。
洁净室:增压风机、FFUqunkong等等。
3、 整个闭环控制的变频节能系统的组成设备及其作用:
(1)PLC选用SIEMENS公司的S7-200系列:由CPU224XP、DI/DO模块、AI/AO模块组成。PLC作为控制单元,是整个系统的控制核心。其主要的作用要体现以下几方面:
①完成对系统各种数据的采集以及数字量与模拟量的相互转换。
②完成对整个系统的逻辑控制及PID调节的运算。
③向触摸屏提供所采集及处理的数据,并执行触摸屏发出的各种指令。
④将PID运算的数据结果转换成模拟信号,作为调节变频器的输出频率的控制信号。
⑤通过通信电缆及USS4协议完成对变频器内部参数读写及控制。
(2)触摸屏采用SIEMENS公司MP370: 其主要作用如下:
①可实时显示设备和系统的运行状态。
②通过触摸向PLC发出指令和数据,再通过PLC完成对系统或设备的控制。
③可做成多幅多种监控画面,替代了传统的电气操作盘及显示记录仪表等,且功能更加强大。
(3)变频器:采用SIEMENS公司440系列,通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部的部分参数,根据PLC发送过来的数据(模拟量)值调节水泵或风机的转速,并将其内部运行参数反馈到PLC。
(4)压力、温度等传感器:将被控制系统(水系统或风系统)的实际参数值转变成电信号上传至PLC。
(5)电气元件:给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电,完成各种操作及驱动等。
4、 触摸屏画面设计
触摸屏画面由ProTool等专用软件进行设计,然后先通过编程电脑调试,合格后再下载到触摸屏。触摸屏画面总数应在其存储空间允许的范围内,各画面之间尽量做到可相互及强制切换。
(1)主画面的设计
一般的,可用欢迎画面或被控系统的主系统画面作为主画面,该画面可进入到各分画面。各分画面均能一步返回主画面。若是将被控主系统画面作为主画面,则应在画面中显示被控系统的一些住要参数,以便在此画面上对整个被控系统有大致的了结。
(2)控制画面的设计
该种画面主要用来控制被控设备的启停及显示变频器内部的参数,也可将变频器参数的设定做在其中。该种画面的数量在触摸屏画面中占的多,其具体画面数量由实际被控设备决定。
(3)参数设置页面的设计
该画面主要是对变频器的内部参数进行设定,同时还应显示参数设定完成的情况,实际制做时还应考虑加密的问题。
(4)实时趋势页面的设计
该画面住要是以曲线记录的形式来显示被控值、变频器的主要工作参数(如输出频率)等的实时状态。
(5)信息记录页面的设计
该画面主要是记录可能出现的设备损坏、过载、数值超范围和系统急停等故障。另外该画面还可记录各设备启停操作,作为凭证。
(6) 节能画面的设计
该画面主要是记录和显示变频器的累积用电数及实时节电状态,以便向用户展示变频节能的好处,也可用来与其它的节电测量作比较。
5、 PLC程序设计
PLC程序由S7-200专用编程软件进行设计,然后通过编程电脑下载到PLC进行联机调试,合格后即可使用。PLC在编程前应先对各功能程序段的地址进行规划,以免重复使用同一地址,造成误动。
(1)逻辑功能的设计
这部分程序主要是完成各变频器、水泵(或风机)的启动停止、联动、联锁及自动投切等等功能,一般在离线状态下就能完成软件逻辑功能的测试。
(2)PID功能的设计
通过S7-200中的PID向导可完成PID调节程序,具体应用时需根据实际被控设备及采样设备决定其配置。
(3)采样程序的设计
采样元件使用标准配置时,应注意采样A/D转换后的具体数据是否与PID及显示等程序配套,实际制做时还应考虑采样是多路且相关联的情况。
(4)PLC与变频器通信程序的设计
SIEMENS S7-200PLC与SIEMENS 430等变频器的通信一般使用USS4协议程序来完成,该程序的主要目的是监控变频器的实时运行状态。
(5)其它辅助程序的设计
PLC程序在实际编程过程中,需考虑对一些程序进行修补,尽量减少程序漏洞,反复推敲,不断的总结完善。
结束语
在闭环控制的变频节能系统中采用触摸屏可以使用户简单直观监控整个中央空调变频节能系统及与其相关联的设备和系统,提高了整个被控系统以及企业的自动化程度和硬件档次。随着微电脑技术的不断发展,触摸屏本身的成本也在不断的降低,再与PLC在系统中使用,实现了整个被控系统自动化程度的质的飞跃,这必将使触摸屏与PLC被更多的应用在未来的各种生产系统中,并成为自动化控制发展的一个亮点。
kpchen.any2000.com
1、引言
可编程控制器以其高可靠性,配置灵活和完善的功能,在工业控制系统中得到越来越广泛的应用。但对于操作员所需要的报表打印、趋势图形显示、工况查寻、参数在线修改等功能,PLC却不能直接方便地提供。所以通常采用计算机PC与PLC组成一个完整的监控系统。本文以台安TP02系列PLC为例,讨论用Visual Basic(VB)实现PLC与上位机的通讯。
2、VB在通讯控件中的使用
可编程控制器PLC与上位机PC之间的通信,下位机为PLC,基于其可靠性极高,主要承担控制功能,而上位PC机主要承担监察管理功能,有时兼备部分控制功能,如发出运行,停止命令。VB语言是基于bbbbbbS操作系统的功能强、易学易用、主要是面向学习对象的程序设计语言。VB带有专门管理串行通讯的MSComm控件,只需设置几个主要参数就可以实现PLC与PC串行通讯。要完成通信必须设置MSComm的相关属性值:
(1)CommPort:设置或传回通信连接端口代号
(2)Settings:设置初始化参数。以字符串的形式设置或传回连接速度、奇偶校验、数据位、停止位等4个参数
(3)PortOpen:设置或传回通信连接端口的状态
(4)bbbbb:从输入寄存器传 回并移除字符
(5)Output:将一个字符串写入输出寄存器
(6)bbbbbLen:指定由串行端口读入的字符串长度
(7)InBufferCount:传回在接收寄存器中的字符数
3、软硬件之间:
台安TP02与上位机PC通信时,为了实现两者的通信需要配备通信线。
4、通信程序的实现
4.1 通信初始化程序
首先,在窗体开始设计之前,添加MSComm控件。
4.2程序编写:
4.2.1 通信控件MSComm1属性设置:
MSComm1.CommPort = 1 设置端口号
MSComm1.Settings = "19200,E,7,2" 设置通信参数
MSComm1.bbbbbLen = 0 设置读入字符串长度
MSComm1.PortOpen = True 设置通信端口状态
4.2.2 PLC运行程序:
STX$ = "::"
TransmitBuf$ = "01?5RUN"
sum$ = CheckSum(transmitBuf$)
ETX$ = Chr$(13)
SXD$ = STX$ + transmitBuf$ + sum$ + ETX$
MSComm1.Output = SXD$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 12
In1$ = MSComm1.bbbbb
4.2.3 从PLC读取资料,将寄存器内的数据资料在PC上显示以便观察监控(反应时间50ms):
STX$ = "::"
transmitBuf$ = "01?5MRVD000102"
sum$ = CheckSum(transmitBuf$)
ETX$ = Chr$(13)
SXD$ = STX$ + transmitBuf$ + sum$ + ETX$
MSComm1.Output = SXD$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 20
InData$ = MSComm1.bbbbb
Label2.Caption = Mid$(InData$, 10, 4)
Label3.Caption = Mid$(InData$, 14, 4)
4.2.4从PLC读取资料,将RelayC0001状态通过PC显示进行监控(反应时间50ms):
STX$ = "::"
transmitBuf$ = "01?5MCRC0001"
sum$ = CheckSum(transmitBuf$)
ETX$ = Chr$(13)
SXD$ = STX$ + transmitBuf$ + sum$ + ETX$
MSComm1.Output = SXD$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 13
In4$ = MSComm1.bbbbb
Coil$ = Mid$(In4$, 10, 1)
C1% = CInt(Coil$)
Label6.Caption = C1%
4.2.5 设定Relay状态,将Relay设定为ON(反应时间50ms):
Dim C1 As Integer
STX$ = "::"
transmitBuf$ = "01?5SCSY00011"
sum$ = CheckSum(transmitBuf$)
ETX$ = Chr$(13)
SXD$ = STX$ + transmitBuf$ + sum$ + ETX$
MSComm1.Output = SXD$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 12
In2$ = MSComm1.bbbbb
4.2.6 PLC停止运行:
STX$ = "::"
transmitBuf$ = "01?5STP"
sum$ = CheckSum(transmitBuf$)
ETX$ = Chr$(13)
SXD$ = STX$ + transmitBuf$ + sum$ + ETX$
MSComm1.Output = SXD$
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount >= 12
In3$ = MSComm1.bbbbb
4.2.7 VB6.0下CheckSum函数代码如下:
Private Function CheckSum(transmitBuf$)
L = Len(transmitBuf$)
Add = 0
Dim k, sum As Integer
For k = 1 To L
TJ$ = Mid$(transmitBuf$, k, 1)
Add = Add + Asc(TJ$)
Next k
Do While Add >= 256
Add = Add - 256
Loop
Add = 255 - Add + 1
tempBuf$ = Hex$(Add)
CheckSum = LTrim(tempBuf$)
End Function
5、结论
PLC与上位机的结合,并通过VB6.0传送数据所构成的计算机监控系统,对于近距离传输数据的现场控制来说是一种性价比很高的解决方案。充分的利用的PLC的抗干扰性能和PC强大的图形显示,浮点运算的特点,与之有效地结合,大限度,合理的利用资源。
一、引言:
在当今众多纸机控制系统中,为了简化机械结构,减少设备的维护成本,而要求对设备的多台电机速度进行同步控制。利用Haiwell(海为)国产PLC强大易用的通信功能,可方便的实现多台电机的同步控制。下面就对这一应用作一介绍。
二、解决方案:
如上图所示,系统主要有触摸屏、可编程控制器(Haiwell PLC)、变频器等组成。
工作原理:
纸机生产要求的主速度由触摸屏设至PLC,再根据每个辊的速度与主速度的关系计算出每个辊的速度,通过Haiwell PLC高速便利的通信指令发送至每台变频器。
系统优点:
1、利用Haiwell PLC高速便利的RS485通信,简化了系统的接线,并避免了传统控制中同步控制器无逻辑控制功能,同步控制器与变频器间利用模拟量控制容易受干扰的难题;
2、Haiwell PLC标准配置2个通信口,1个RS232口,1个RS485口,任何一个口均可作为主站或从站。在本应用中,用RS232口与触摸屏通信,用RS485口与变频器通信;
3、Haiwell PLC通信速度高达57600Kbps,速度调节同步控制jingque。
主要硬件配置:
1、可编程控制器:HW-S32ZS220R(Haiwell PLC)
2、变频器:VFD075B43A
3、触摸屏:DOP-A57GSTD
三、程序设计亮点:
1、Haiwell PLC具有浮点数运算指令,重要的一点是在程序中可直接输入小数点,大大方便了程序的编写与调试。
2、Haiwell PLC具有Modbus通信指令、HaiwellBUS通信指令及自由协议通信指令,可方便的与各种变频器通信联接。在本应用中,
用Modbus指令与各变频器通信;
3、所有Haiwell PLC通信指令编程方便,无需对特殊位、特殊寄存器进行编程,也无需考虑多条通信指令间的通信时序,多条通信指令可在同一逻辑条件下执行;
4、可在每个辊的位置放置2个按钮,在跟随主速度的基础上,轻松根据实际要求对速度进行微调控制。
四、总结:
利用国产Haiwell PLC便利的通信功能及方便易用的浮点数运算功能,可快速、jingque的实现设备的速度同步控制。可广泛应用于纸机设备控制、长输送链、长输送线等要求多电机速度同步控制的场合。
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