基于RS-485總線(xiàn)的分布式金剛石加工監控系統研制

1 引言

特種金剛石聚晶的合成，對加工工藝要求的非常嚴格，產(chǎn)品質(zhì)量好壞受合成爐加溫工藝、加壓工藝影響較大。目前傳統的金剛石聚晶加工合成設備采用人工通過(guò)監測電流、壓力顯示儀表進(jìn)行手工操作控制，對操作工素質(zhì)的要求較高，產(chǎn)品的合格率及生產(chǎn)效率也難以提高。本課題項目，主要研究基于總線(xiàn)技術(shù)的控制系統，給特種 金剛石聚晶合成控制提供一個(gè)硬件基礎，改變原來(lái)的監控手段，實(shí)現了加工工藝參數的自動(dòng)精確監測和按造加工工藝控制，減少人為因素造成的不合格產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的成品率。本文介紹系統的設計與性能測試方法。

2 系統體系結構及實(shí)現

2.1 系統體系結構

考慮到金剛石聚晶合成現場(chǎng)強電設備較多，現場(chǎng)噪聲干擾嚴重等，如采用傳統的模擬信號長(cháng)距離傳輸采集，不易保證信號質(zhì)量;再加上各合成設備分布較散、監測點(diǎn) 比較分散，監控中心距各監測點(diǎn)距離又較遠，因此系統采用如圖1所示的基于rs-485總線(xiàn)的分層分布開(kāi)放式體系結構模型，即系統由加工工藝監測中心(遠 方)、集中監測層和就地數據采集、控制層組成，實(shí)現管理集中、監測分散的設計思想。從體系模型結構上，分為三個(gè)層次:

(1) 數據采集、控制層—主要包括由合成裝置、智能數據采集、控制器及傳感器構成的數據采集控制層，現場(chǎng)數據傳輸總線(xiàn)采用rs-485總線(xiàn)，完成現場(chǎng)裝置控制工 藝參數從監控層計算機的下載接收。

(2) 現場(chǎng)集中監測層—由現場(chǎng)監測計算機組成，主要完成從上層下載工藝參數及對每個(gè)合成爐的加工工藝加載、數據采集、初步處理和現場(chǎng)監控，并將數據傳輸到遠控監測管理層。

(3) 遠控管理監測層—主要面向具有管理和調度權限的管理人員，由監測計算機和服務(wù)器等組成，在此完成集中監測管理及對每個(gè)合成爐加工設備的工藝輸入。

3 系統硬件設計

硬件系統如圖1所示，主工控機采用研華工控整機，根據受控設備現場(chǎng)分布情況，選擇rs-485總線(xiàn)結構，遠程數據采集控制硬件選用具有rs-485總線(xiàn)輸 出的ad4000系列模塊和開(kāi)發(fā)具有rs-485總線(xiàn)輸出的智能傳感器。

圖1 系統結構圖

3.1 智能傳感器模塊

智能傳感器模塊有溫度傳感器、電流傳感器、壓力傳感器。傳感器結構如圖2所示:

圖2 智能傳感器設計結構圖

3.2 輸入輸出模塊

ad4000系列其內建的微處理器具有信號處理、模擬量信號輸出、開(kāi)關(guān)量信號輸入輸出接口，可通過(guò)rs-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，獨立提供智能信號調理，具有傳輸 距離遠、抗干擾能力強、使用靈活、維護方便、便于聯(lián)網(wǎng)和擴展等優(yōu)點(diǎn)。

4 系統軟件設計

由于分布式集散控制系統的使用，使管理和操作人員在勞動(dòng)強度減輕的同時(shí)，所要監測的范圍也更寬了。傳統的監測系統，信息的主要表現是文本以及一些簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的顯示，這很難適應現代化企業(yè)的優(yōu)化管理的要求。21世紀末，隨著(zhù)多媒體技術(shù)的發(fā)展，信息媒體的多樣性、交互性和集成性，使用戶(hù)能夠更直觀(guān)有效地控制和使用信息。在監控系統中引入多媒體技術(shù)，將大大提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。

4.1 組態(tài)軟件的選取

開(kāi)發(fā)一個(gè)在線(xiàn)生產(chǎn)監控系統，必然要涉及到很多不同類(lèi)別的設備驅動(dòng)、數據采集和傳輸控制、多種媒體信息的處理和集成等。若采用傳統的最底層編程的方式，人力物力耗費較大，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)等缺點(diǎn)。因此選用組態(tài)軟件作為本系統的軟件開(kāi)發(fā)平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境。它包含目前流行的多種硬件設備驅動(dòng)程序，支持 adm4000系 列，支持rs-485、rs-232、rs-422以及tcp/ip等通訊協(xié)議，具有activex控件及動(dòng)畫(huà)功能、32位程序，可運行于win98、 win2000/nt平臺。

4.2 系統軟件的設計

軟件核心部分:數據采集與處理、控制算法模塊、輸出控制模塊、通訊模塊、加工參數數據庫、歷史數據庫等組成，系統軟件結構示意圖如圖3所示:

圖3 系統控制軟件結構示意圖

軟件采用面向對象模塊化開(kāi)發(fā)方法，對各工程模塊進(jìn)行獨立組態(tài)設計，再利用組態(tài)軟件提供的工程合并功能，在管理監測層進(jìn)行系統集成。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中也使用了系統化方法:

(1) 測點(diǎn)的系統編碼:對所有的測點(diǎn)和設備模塊的可能故障和狀態(tài)進(jìn)行系統化編碼，最終存入數據庫中，可以更加高效的快速查詢(xún)，保證系統的實(shí)時(shí)性。

(2) 變量的系統描述:設計中利用組態(tài)軟件對變量可以中文命名等優(yōu)點(diǎn)，對被監測的參數進(jìn)行系統化定義，包括監測點(diǎn)參數的類(lèi)型、監測位置、監測點(diǎn)編號等，增強了系統軟件的可讀性和維護性。

5 遠程監測的實(shí)現及現場(chǎng)應用

本監控系統采取的是現場(chǎng)在線(xiàn)監控方式。我們利用企業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現了現場(chǎng)與遠端管理層之間的數據共享;也實(shí)現了對于局域網(wǎng)內的任何一臺計算機(安裝了監測軟 件)的聯(lián)網(wǎng)遠程監測功能。隨著(zhù)現代通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，如何實(shí)現資源共享以及遠程監測是進(jìn)一步研究方向。另一方面，現場(chǎng)設備的故障遠程診斷及設備狀態(tài)的遠程監測功能，對企業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的遠程監測具有更重的意義。

以上介紹的適用于企業(yè)生產(chǎn)的監控系統，主要解決了以下幾個(gè)問(wèn)題:

(1) 采用集散分布式監測模式解決了集中管理和分布監控的問(wèn)題;

(2) 提出適和復雜工業(yè)環(huán)境的監測網(wǎng)絡(luò )結構，既保證數據的高可靠性，又便于資源共享;

(3) 采用組態(tài)技術(shù)和多媒體技術(shù)實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)自動(dòng)化模擬顯示和監測;

(4) 實(shí)現了局域網(wǎng)內遠程實(shí)時(shí)監測和數據共享。

6 結束語(yǔ)

經(jīng)現場(chǎng)實(shí)際投入運行，證實(shí)該系統完全適合這種復雜的工業(yè)環(huán)境，對促進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程監控自動(dòng)化，提高工作效率具有積極的作用。同時(shí)該系統的應用實(shí)踐證明，本系統設計思想同樣適用開(kāi)發(fā)其它其他工業(yè)環(huán)境下的監控系統。