在飛速發(fā)展的市場經(jīng)濟與信息的今天企業(yè)內(nèi)外部信息的交換已不再局限于通常意義上的對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制它需要把現(xiàn)場信息和管理信息結(jié)合起來通過對經(jīng)營決策管理計劃調(diào)度過程優(yōu)化故障診斷現(xiàn)場控制等信息的綜合處理形成一個意義更為廣泛的綜合管理系統(tǒng)管控一體化就是建立起企業(yè)這樣全集成的開放的全廠綜合自動化的信息平臺湖北大興橡膠制品廠是一大型的橡膠制品廠每年生產(chǎn)上萬噸橡膠制品由于生產(chǎn)工藝控制不善原材料浪費較大一直無法實現(xiàn)利潤的增長為提高該廠管理水平和企信息自動化水平助進企業(yè)節(jié)能將耗采用SIEMENS 公司的S7 300 型 PLC 及其相應(yīng)的I/O 功能模塊以及WinAC 套件將生產(chǎn)車間的現(xiàn)場控制信息和設(shè)備的工藝運行參數(shù)和設(shè)備本身的健康指標等信息無縫地連接到企業(yè)MIS 系統(tǒng)中實現(xiàn)了企業(yè)的管控一體化的改建?！?IMG style="WIDTH: 532px; HEIGHT: 253px" height=249 alt=圖1 src="http://www.limitedtoo.cn/plc/plcedit/UploadFile/20098792957216.jpg" width=586 橡膠硫化機組群控分布式結(jié)構(gòu)圖>
圖1 橡膠硫化機組群控分布式結(jié)構(gòu)圖
2 分布式控制模式的系統(tǒng)構(gòu)建
只有基于Web 的技術(shù)才能真正實現(xiàn)管控一體化管控一體化技術(shù)離不InternetIntranet 以及Infranet 技術(shù)如何將生產(chǎn)車間的現(xiàn)場控制信息設(shè)備的工藝運行參數(shù)和設(shè)備本身的健康指標等信息集成到企業(yè)管理信息中去是本系統(tǒng)設(shè)計的一大重點橡膠硫化機組群控結(jié)構(gòu)設(shè)計遵循多功能靈活性的要求將整個網(wǎng)絡(luò)分為三層設(shè)備層班組層以及車間MIS 層要實現(xiàn)企業(yè)管控一體化就必須有一種能在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下運行性能可靠造價及維護費用低廉的通信系統(tǒng)形成企業(yè)底層網(wǎng)絡(luò)Infranet 以完成現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)字通信進一步實現(xiàn)與管理層網(wǎng)絡(luò)之間的信息交換目前計算機網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展測控系統(tǒng)的研究重點已集中在遠距離可靠數(shù)據(jù)通信方式的研究上以往國內(nèi)傳統(tǒng)的工業(yè)測控系統(tǒng)通信方式BITBUS 和RS 485 其效率較低靈活性差尤其是錯誤處理能力不強遠不能滿足長距離大范圍內(nèi)測控系統(tǒng)通信的需要而基于現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)已成為數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)FCS 不需要一個中央控制單元來集中控制和操作而是通過智能現(xiàn)場設(shè)備來完成控制和通信任務(wù)可較好地解決實時控制和現(xiàn)場信號的網(wǎng)絡(luò)通信PROFIBUS 作為德國國家標準和歐洲國家標準的現(xiàn)場總線標準是一種開放式通訊系統(tǒng)工業(yè)標準PROFIBUS 是目前國際上唯一的具備較成熟的安全方案的現(xiàn)場總線技術(shù)具有非常靈活的模塊配置性能數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達12Mbps/100m 故本系統(tǒng)采用PROFIBUS 系列中廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場設(shè)備的PROFIBUS-DP 總線,橡膠硫化機組監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式計算機監(jiān)控管理方式各個現(xiàn)地控制單元可以獨立按照硫化工藝控制參數(shù)與運行并將采集到的溫度各種運行狀態(tài)量以及電機的運行健康狀態(tài)等信息通過PROFIBUS 總線上傳到班組服務(wù)器以備工作人員監(jiān)視監(jiān)控操作人員可通過PROFIBUS 將必要的控制參數(shù)下傳到各個現(xiàn)地控制單元調(diào)整控制和工藝參數(shù)同時為備現(xiàn)地操作每個現(xiàn)地監(jiān)控單元均有手動/自動按鈕實現(xiàn)現(xiàn)地和遠控兩種操作以提高整個系統(tǒng)的可靠性安全性以及運行的經(jīng)濟性為便于與整個橡膠加工廠的監(jiān)控系統(tǒng)進行系統(tǒng)互聯(lián)實現(xiàn)企業(yè)管控一體化班組服務(wù)器還通過Ethernet 經(jīng)廠數(shù)據(jù)交換機與廠MIS 系統(tǒng)互聯(lián)橡膠硫化機組群控分布式結(jié)構(gòu)圖見圖1 所示由上位工控機和基于PROFIBUS 的現(xiàn)場智能節(jié)點及其I/O 功能模塊構(gòu)成典型的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)PROFIBUS DP 現(xiàn)場總線的主控模塊選用了SIEMENS 的基于bbbbbbsNT 的軟PLC 解決方案――WinAC 這樣系統(tǒng)上位機既作為PLC 的軟控制器,承擔遠程控制功能又作為監(jiān)控管理計算機同時還可進行新工藝組態(tài)實現(xiàn)一機多用。
Infranet 層由以SIEMENS 的S7 300 系列PLC 功能模塊為主的4 個控制單元組成每個控制單元的輸入輸出模塊通道都設(shè)有冗余便于功能擴展和維護同時具有手動/自動兩種操作模式便于脫離上位機獨立操作上位機和各控制單元之間通過PROFIBUS DP 總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送由于系統(tǒng)設(shè)計為一分布式的監(jiān)控系統(tǒng)每個現(xiàn)地控制單元均可獨立于上位機運行將危險分散維護方便提高可靠性符合橡膠廠分布式控制和模塊化設(shè)計思想且在工藝成熟后的生產(chǎn)擴大化過程中,可直接套用本控制系統(tǒng)的軟硬件方案,縮短工業(yè)擴大化周期,提高企業(yè)的競爭力現(xiàn)地單元選用的控制模塊和作用見表1 所示班組服務(wù)器的SoftPLC采用SIMATIC WinAC。
表1 現(xiàn)地單元選用的控制模塊及其作用
為了使控制系統(tǒng)更加可靠同時為了提高三相異步電機的執(zhí)行效率采用了基MicroMaster420 變頻器該變頻器特別適合大力矩電機的拖動我們曾采用臺灣一家著名的變頻器生產(chǎn)公司的變頻器系統(tǒng)運行時故障不斷尤其是其保護能力較差導(dǎo)致故障頻繁后改用了MicroMaster420 變頻器后系統(tǒng)運行一直比較穩(wěn)定采用三相380V 交流輸入9.7kW 其獨特的自我保護能力如下：
過載能力為150 額定負載電流持續(xù)時間60 秒
過電壓欠電壓保護
變頻器過溫保護
接地故障保護短路保護
I2t 電動機過熱保護
采用PTC 通過數(shù)字端接入的電機過熱保護
采用PIN 編號實現(xiàn)參數(shù)連鎖
閉鎖電機保護防止失速保護整個監(jiān)控系統(tǒng)的特性為所有S7 300 現(xiàn)地控制單元與班組服務(wù)器的SoftPLC WinAC 采用ProfibusDP 進行數(shù)據(jù)通信使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖結(jié)構(gòu)清晰易于維護。
由于系統(tǒng)采用了網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線傳遞過程數(shù)據(jù)多種信息的交換僅依靠網(wǎng)纜或屏蔽雙絞線即可完成這樣就大量減少了系統(tǒng)施工時的布線工作量也為今后系統(tǒng)的維護及故障查找提供了方便過程參數(shù)的數(shù)字化傳遞避免了模擬量傳輸所帶來的漂移抗干擾等問題大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
若今后機組工藝設(shè)備發(fā)生變更只需要在總線上增添或摘除相應(yīng)節(jié)點并對軟件作少量修改即可所以這種柔性的系統(tǒng)連接方式具有一定的適應(yīng)性可以最大程度地保護用戶的投資。
3 基于WinAC 和OPC 的控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
為了實現(xiàn)WinAC 的功能在班組服務(wù)器上安裝一塊Profibus DP 接口模塊CP5611 WinAC 控制引擎通過Profibus DP 接口模塊CP5611 與分布式控制器進行數(shù)據(jù)通信完成數(shù)據(jù)采集分析控制 PC 與PLC 之間的通信等任務(wù)。
3.1 SIMATIC WinAC
SIMATIC WinAC 的功能不僅實現(xiàn)了在PC 上實現(xiàn)PLC 的功能同時它將PLC 與PC 間實現(xiàn)完美的集成將控制數(shù)據(jù)采集通訊人機界面及其它技術(shù)完整地結(jié)合一起集成于一臺PC 機上SIMATIC WINAC 與S7 系列處理器完全兼容其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC 編程工具程序既可以用于WINAC 也可用于S7 系列處理器僅從其兼容性和通用性而言對熟知SIMATIC 技術(shù)的人來講無需重新學習便能充分掌握并應(yīng)用更何況其親切友好的操作界面更使人倍感親切另外基于PC 的自動化與標準辦公系統(tǒng)可共享標準PC 技術(shù)bbbbbbs NT 操作系統(tǒng)和TCP/IP 通訊標準因而是控制系統(tǒng)與高端管理系統(tǒng)的理想接口基于PC 的自動化是復(fù)雜控制和在空間上分散的自動化系統(tǒng)的最優(yōu)化系統(tǒng)
3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路與特點
系統(tǒng)軟件的設(shè)計采用基于面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法控制功能采用軟PLC 解決方案WinAC,均集中在班組服務(wù)器中進行完全由計算機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制和管理其特點如下:
WinAC 將控制數(shù)據(jù)采集通訊人機界面及其它技術(shù)完整地集成在一臺PC 機上,能滿足中試裝置硬件精煉功能完善的要求。
WinAC 與SIMATICS7 系列PLC 控制器完全兼容其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC 編程工具編制的程序既可使用于WinAC 也可用于S7 系PLC 控制器有利于系統(tǒng)的更新和擴充。
WinAC 提供了ActiveX 控件使得bbbbbbs 下的標準應(yīng)用程序可更非常簡便地獲取過程數(shù)據(jù)更為重要的是WinAC 還提供了用于診斷顯示及運算的ActiveX 控件系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用Microsoft 公司的Visual C 而WinAC 作為系統(tǒng)的OPC服務(wù)器為基于bbbbbbsNT 的監(jiān)控軟件提供實時數(shù)據(jù)這些功能極大地擴大了使用的靈活性為系統(tǒng)的功能擴展帶來了很大的空間WinAC 中的WinLC 即為軟件PLC控制程序在WinLC 中參數(shù)設(shè)定好后就可像使用常規(guī)PLC 的CPU 模塊一樣使用WinAC 的控制程序采用SIEMENS S7 系列可編程序控制器的標準編程工具STEP7 編制然后下載到WinAC 中PLC 程序設(shè)計中結(jié)合STEP7 的特點利用其中的采用模塊化程序設(shè)計對常用的程序段用或?qū)崿F(xiàn)使程序清晰易懂便于調(diào)試由于STEP7 不是面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言在具體編程時借鑒面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想便可實現(xiàn)面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計中的數(shù)據(jù)和代碼的分開簡化了設(shè)計程序的工作量。
3.3 WinAC OPC 以及Visual C 的關(guān)系
三者之間的關(guān)系見圖2 所示：
圖2 WinAC OPC 以及Visual C 的關(guān)系
圖片3說明在整個系統(tǒng)中PC 與現(xiàn)場總線和分布式I/O 的優(yōu)點表現(xiàn)為簡化了系統(tǒng)的體系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備設(shè)計提高了系統(tǒng)的通訊效率降低了硬件和備件投資易于調(diào)試和維護同時充分利用PC 中CPU 超強功能WinAC 控制器在數(shù)據(jù)處理 用戶算法和多回路調(diào)節(jié)的控制任務(wù)中的特點基于PC 的一體化設(shè)計大大提高了控制器人機界面和網(wǎng)絡(luò)部件的數(shù)據(jù)交換速度同時與傳統(tǒng)的PLC 解決方案相比 SIMATIC 基于PC 的自動化有明顯的性能價格優(yōu)勢
3.4 OPC 服務(wù)器
WinAC 內(nèi)嵌了實時OPC 服務(wù)器使用WinAC_OPC 服務(wù)器用戶的OPC 客戶機應(yīng)用程序如人機界面軟件數(shù)據(jù)存取等可以完全存取WinAC 控制引擎中的數(shù)據(jù)利于客戶與Visual C
編程工具的無縫連接主要是WinAC 借助兵使用了Microsoft_DCOM 分布式組件技術(shù)這正是WinAC 獨特之處為客戶編程提供了極大的方便OPC 是OLE for Process Control的縮寫即把OLE 應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域OPC 服務(wù)器由三類對象組成相當于三種層次上的接口服務(wù)器erver 組Group 和數(shù)據(jù)項Item OPC 客戶對設(shè)備寄存器的操作都是通過其數(shù)據(jù)項來完成的通過定義數(shù)據(jù)項OPC 規(guī)范盡可能的隱藏了設(shè)備的特殊信息也使OPC 服務(wù)器的通用性大大增強OPC 數(shù)據(jù)項并不提供對外接口客戶不能直接對之進行操作所有操作都是通過組對象進行的應(yīng)用程序作為OPC 接口中的Client 方硬件驅(qū)動程序作為OPC 接口中的Server 方每一個OPC Client 應(yīng)用程序都可以接若干個OPC Server 每一個硬件驅(qū)動程序可以為若干個應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)OPC Server OPC Group OPC Item 層次之間的接口關(guān)系如圖3 所示
作為OPC 客戶程序它可以從其他OPC 服務(wù)器程序中訪問數(shù)據(jù)與DDE 類似當實時數(shù)據(jù)庫作為客戶端訪問OPC 服務(wù)器程序時是將OPC 服務(wù)器程序當作一個I/O 設(shè)備數(shù)據(jù)庫中的點參數(shù)通過I/O 數(shù)據(jù)連接與OPC 服務(wù)器程序進行數(shù)據(jù)交換。
圖3 OPC 數(shù)據(jù)層次圖
利用WinAC 的OPC 技術(shù)在本系統(tǒng)設(shè)計中的主要實現(xiàn)
記錄實時過程的歷史數(shù)據(jù)用于過程存檔歷史數(shù)據(jù)查詢事故分析系統(tǒng)建模等連接各種現(xiàn)場的自控設(shè)備配以監(jiān)控界面實現(xiàn)自動監(jiān)控，通過數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)通訊功能構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)，運行在控制系統(tǒng)的上位機中在數(shù)據(jù)庫上運行先進控制軟件優(yōu)化控制軟件和其它用戶應(yīng)用程序在客戶機上運行各種界面監(jiān)控軟件實現(xiàn)可擴展的先進控制或優(yōu)化控制的目標連接現(xiàn)場控制系統(tǒng)和設(shè)備實現(xiàn)車間級分廠級及總廠級實時數(shù)據(jù)綜合利用和管理配合關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)建生產(chǎn)指揮調(diào)度系統(tǒng)及其它管控一體化系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)的Web 功能利用Internet/Intranet 資源在瀏覽器上訪問生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。完全的開放功能以實時數(shù)據(jù)庫為平臺進行再次開發(fā)實際上OPC 服務(wù)器本身就是一個可執(zhí)行程序該程序以設(shè)定的速率不斷地同物理設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互OPC 客戶和OPC 服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互采用異步方式主要是當有大量客戶和大量數(shù)據(jù)交互時異步方式能提供高效的性能盡量避免阻塞客戶數(shù)據(jù)請求并最大可能地節(jié)省CPU 和網(wǎng)絡(luò)資源。
4 結(jié)束語
本控制系統(tǒng)采用PLC Profibus DP和軟PLC等技術(shù)簡化了硬件結(jié)構(gòu)便于調(diào)試維護運輸安裝,適應(yīng)性強WinAC 是基于PC 的自動化的完美解決方案SIMATIC WinAC 技術(shù)滿足了快速實時的要求簡化了通訊接口降低了編程工作量并且可以在線調(diào)試使編程調(diào)試簡單方便大大加快了系統(tǒng)的開發(fā)進度同時降低了成本節(jié)省了安裝空間SIMENS公司不僅為企業(yè)的管控一體化提供了堅實可靠的硬件平臺更為重要的是她為企業(yè)實現(xiàn)B toB的電子商務(wù)方式使企業(yè)能及時組織生產(chǎn)降低庫存回避風險實現(xiàn)Just-In-Time管理。
：鞏經(jīng)理
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