現場(chǎng)總線(xiàn)的監控系統的設計與實(shí)現

　　全自動(dòng)計量配料控制系統在各行業(yè)的應用已屢見(jiàn)不鮮，如:冶金，有色金屬，化工，水泥建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節，特別是有連續供料要求的行業(yè)，其配比的過(guò)程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開(kāi)放性，免維護性，可擴展性是各行業(yè)所追求的一致目標。隨著(zhù)it技術(shù)的普及應用，工廠(chǎng)自動(dòng)化將直接進(jìn)入e時(shí)代，其中計量自動(dòng)化scada 也是一個(gè)重要的環(huán)節。

　　2 系統功能

　　基于以上目標，我們?yōu)槟承袠I(yè)龍頭企業(yè)設計、制造了一套全自動(dòng)的多品種混合配料計量、預計量、輸送、金屬檢測、包裝計量、分選計量等功能的機電一體化生產(chǎn)線(xiàn)。其中動(dòng)態(tài)計量秤，通過(guò)二級現場(chǎng)總線(xiàn)，會(huì )同plc，hmi/ipc無(wú)縫地組成三位一體的閉環(huán)動(dòng)態(tài)配料系統，其中工控機經(jīng)hub及以太網(wǎng)連入工廠(chǎng)erp/mis。整個(gè)配料過(guò)程嚴格按照所選擇的配方比和流程進(jìn)行，并有多級報警記錄，完成不同原料混勻給料及物流控制，實(shí)現了管控一體化，優(yōu)化了過(guò)程控制的性能和效率。它將是一種目前基于fcs配料計量監控系統的先進(jìn)解決方案，符合開(kāi)方性的計量自動(dòng)化發(fā)展趨勢。

　　本系統工藝流程如圖1所示。

　　圖1 系統工藝流程

　　3 系統配置

　　本系統下位機采用了三菱電機的melsec-a2sh系列plc為主控器，并配以got-f940觸摸屏為下位人機介面(hmi)，計量控制由12臺上海大和衡器(shanghai yamato)的cfw定量給料機(constant feed weigher)組成。它們之間通過(guò)cc- link現場(chǎng)總線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現數據采集與控制，來(lái)確保系統的可靠性和實(shí)時(shí)性。上位機部分選擇研華ipc610工控機作為監控站，配以 microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系統和世界著(zhù)名的監控軟件citectscada 5.30為 scada系統的軟件平臺環(huán)境，系統軟件具有豐富的流程操作、監控、通訊、報警、管理、趨勢、報表記錄和冗余等功能，并具有較強的診斷能力。系統的硬件和軟件是控制系統的有機體，以上配置確保了系統完整性、一致性、兼容性和成套性，適應在工業(yè)環(huán)境下能長(cháng)期穩定運行，并具有電、磁、震抗干擾的能力，保證了整個(gè)系統的安全運行要求。

　　系統具有如下功能特點(diǎn):

　　·監控生產(chǎn)現場(chǎng)的實(shí)時(shí)數據及工藝流程;

　　·瀏覽各實(shí)時(shí)/歷史趨勢畫(huà)面;

　　·處理反映各種過(guò)程報警和歷史報警;

　　·瀏覽查詢(xún)/打印實(shí)時(shí)/歷史生產(chǎn)報表;

　　·修改管理生產(chǎn)過(guò)程參數和狀態(tài);

　　·為企業(yè)決策者提供工廠(chǎng)底層實(shí)時(shí)數據;

　　本配料系統結構與網(wǎng)絡(luò )配置如圖2所示。

　　圖2 配料系統結構與網(wǎng)絡(luò )配置

　　3.1 下位機結構及組成

　　在本工程中所采用的12臺cfw主要是來(lái)完成原料流量控制，其核心為cfc-200儀表，它集調節與演算為一體的多功能計量控制器，其中 cpu為摩托羅拉68k系列，它集大和衡器出眾的儀表設計技術(shù)，具備足夠的抗干擾性能、多樣化接口、自診斷功能、自整定pi調節功能等特長(cháng)，并配以上海大和c3級電阻應變式荷重傳感器(loadcell)、安川電機的電流矢量型變頻器616g5和德國sew高性能變頻電機，組成一個(gè)完整的機電一體化產(chǎn)品，確保了計量和控制的準確性，其系統精度達到±0.2%。

　　下位機選用三菱melsec-a plc共2臺組成雙機冗余結構，它具有先進(jìn)、高速、可靠、大容量的特點(diǎn)，其中plc1為主控，plc2為后備冗余，當發(fā)生故障時(shí)，便可實(shí)行主備plc間的無(wú)擾切換，也可作為將來(lái)工程擴充用。由于12臺cfw分布較分散，故選擇cc-link總線(xiàn)與plc相連。下位hmi為got940 lcd觸摸屏，以確保工藝數據正確和及時(shí)在上位pc監控站和觸摸屏上得到雙重響應和顯示，即使上位發(fā)生故障或失效，也不影響整個(gè)流程控制。觸摸屏的監控畫(huà)面雖沒(méi)上位hmi豐富，但也基本覆蓋整個(gè)系統的監控和操作。

　　3.2 cc-link概況

　　cc-link是三菱電機公司以高性能、低成本、多廠(chǎng)商支持為目標于1996年推出的第二代開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)，是 control & communication link(控制與通信鏈路)的簡(jiǎn)稱(chēng)，2000年11月，cc-link協(xié)會(huì )成立，專(zhuān)門(mén)負責 cc-link在全球的普及和發(fā)展。

　　開(kāi)放式現場(chǎng)總線(xiàn)cc-link具有性能卓越、應用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節省成本等突出的優(yōu)勢。cc-link采用雙絞線(xiàn)為連接介質(zhì)的主從結構，最多支持64個(gè)從站，采用廣播論詢(xún)方式，最高可達到10mbps速度。plc或計算機作為cc-link主站，配以aj65sbt-rpt中繼器最遠距離可達13.2km。網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)最大的循環(huán)數據容量為2048個(gè)點(diǎn)，512個(gè)字;最大瞬時(shí)傳送數據量為960字節。cc-link具有預約站功能、自動(dòng)刷新功能、即插即用功能和主站熱備、子站脫離、站上線(xiàn)回復、監控測試等完備的ras機能。cc-link在使用上，硬件開(kāi)關(guān)設置、接線(xiàn)(3芯屏蔽線(xiàn))和系統組態(tài)(參數設定即可)都非常方便和簡(jiǎn)單。

　　目前cc-link支持多達360種設備，如:遠程i/o、傳感器、稱(chēng)重控制器、調節器、電磁閥、變頻器、觸摸屏等等。并得到220多家廠(chǎng)商支持，如:松下電工、大和衡器、橫河、西門(mén)子、digital、nec等等,cc-link也是目前唯一能與歐美現場(chǎng)總線(xiàn)標準抗衡的亞洲產(chǎn)品。

　　上海大和的定量給料機(cfw)是作為遠程設備從站形式連接cc-link現場(chǎng)總線(xiàn)的。

　　3.3 組態(tài)及編程

　　plc編程以三菱gx developer7.0為工具平臺, 采用符號化的梯形圖編寫(xiě)，并充分考慮系統資源，多用宏應用，減少掃描時(shí)間，提高實(shí)時(shí)控制性。melsec-a plc為cc-link主站，由主站模塊a1sj61bt11控制從站(cfc-200控制器)的運行和數據刷新，在網(wǎng)絡(luò )組態(tài)時(shí)，可將初始化程序通過(guò)plc來(lái)完成網(wǎng)絡(luò )設備參數的設定，寫(xiě)入主站的eeprom中，在運行程序中，主從站之間的數據交換是自動(dòng)鏈接更新的，主 cpu只需用from/to指令即可從緩沖存儲器中存取從設備信息。

　　上下位機的通信選用modbus通訊協(xié)議(rs485方式)，網(wǎng)絡(luò )結構是主從結構，通信介質(zhì)為雙絞線(xiàn)，它是modicon公司早期所引用發(fā)展,是一種經(jīng)典開(kāi)放的串行通信協(xié)議，在工業(yè)控制領(lǐng)域應用非常廣泛，是事實(shí)上的工業(yè)網(wǎng)絡(luò )標準。它支持21種功能代碼，并可與工廠(chǎng)中其它眾多廠(chǎng)商的不同產(chǎn)品進(jìn)行通訊。本系統中采用的modbus協(xié)議是以rtu(binary) 格式封裝，采用crc錯誤校驗,可以較高的通信效率傳送信息。它的衍生協(xié)議 modbus/tcp可應用于ethernet設備間的通信，符合當今網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢。

　　3.4 監控系統詳述

　　監控系統是以citectscada 5.30 32位工控軟件為開(kāi)發(fā)和運行平臺，citect是世界領(lǐng)先的scada產(chǎn)品,它是基于 windows nt平臺用于分布式控制系統的scada軟件，具有獨特的“可伸縮結構”,它向用戶(hù)提供了極大的應用靈活性和系統開(kāi)方性，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著(zhù)廣泛的應用，是當今優(yōu)秀的自動(dòng)化軟件之一。

　　(1) citectscada

　　citectscada內置一個(gè)cicode腳本的實(shí)時(shí)多任務(wù)程序語(yǔ)言，利用它所提供的豐富函數庫，可靈活地開(kāi)發(fā)出復雜的應用程序，這是它優(yōu)于其它scada軟件的特點(diǎn)之一。監控系統采用樹(shù)型結構，具有多種畫(huà)面調用手段，以方便操作使用。系統畫(huà)面分菜單主頁(yè)，配料總貌監控、設備監控、配方管理、趨勢組記錄、報警組記錄、報表、操作日志、調試維護、幫助等畫(huà)面。為保證系統的安全可靠運行，監控系統提供多級用戶(hù)管理功能, 分為操作員、管理員和工程師三種權限，以保證系統的安全機制。在本配料監控系統的開(kāi)發(fā)中，結合了實(shí)際工藝狀況和充分利用citectscada的特長(cháng)，主要完成了配方設置、流程選擇和切換、流程聯(lián)鎖、流程起動(dòng)、順序停止、故障停止、流程報警、總量的定量控制、配料流量調節及產(chǎn)量統計計算等功能。

　　(2) 系統界面

　　系統部分界面圖如圖3、圖4、圖5所示。

　　圖3 配料系統界面

　　圖4 配料總貌界面

　　圖5 配方管理界面

　　citectscada采取了c/s結構方式，以輸入/輸出服務(wù)器(i/o server)形式經(jīng)以太網(wǎng)鏈路(tcp/ip協(xié)議)連入工廠(chǎng) erp/mis，citect提供了dde/netdde，opc，odbc/sql，com/dcom,ctapi等通用方法實(shí)現基于windows應用程序和i/o之間的數據交換。本配料系統中的歷史數據以odbc/sql方式訪(fǎng)問(wèn)數據庫服務(wù)器microsoft sql server 7.0。而實(shí)時(shí)數據的交換,選用citectscada所提供的ctapi接口，它適合多種數據交換，使用更為靈活，它避免了各應用程序的代碼冗余，提高了內存的利用率，它以dll函數提供外部的應用程序(vb，vc++等)接口，使用戶(hù)應用程序可直接對citectscada的tag變量進(jìn)行操作，并支持通過(guò) tcp/ip的遠程ole api功能。