基于泓格I-7188的分布式塑膠機監控系統的設計與實(shí)施
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隨著(zhù)現代工廠(chǎng)信息自動(dòng)化進(jìn)程的加快，企業(yè)急需要將管理、決策、市場(chǎng)信息和現場(chǎng)控制信息結合起來(lái)，實(shí)現ERP、MES、PCS三層信息一體化的解決方案。同時(shí)，企業(yè)內、外部交換信息的需求也在不斷擴大，現代工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對生產(chǎn)現場(chǎng)狀態(tài)的監視和控制，同時(shí)還要求把現場(chǎng)信息和管理信息結合起來(lái)，建立一套全集成的、開(kāi)放的、全廠(chǎng)綜合自動(dòng)化的信息平臺，通過(guò)對經(jīng)營(yíng)決策、管理、計劃、調度、過(guò)程優(yōu)化、故障診斷、現場(chǎng)控制等信息的綜合處理，形成一個(gè)意義更廣泛的綜合管理系統。在PCS層中，只有具有Web功能的SCADA系統，才能滿(mǎn)足企業(yè)信息自動(dòng)化信息平臺的要求，它使采集和監控的數據得以開(kāi)放，能被更多的管理系統、控制系統和使用者所訪(fǎng)問(wèn)。
武漢泓華電線(xiàn)廠(chǎng)是一家合資企業(yè)，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)油田、礦山用的塑膠電線(xiàn)，共有Φ20～Φ80mm的塑膠機6臺和3臺小型成纜機。塑膠機的功能是將塑料熔化并擠制在電線(xiàn)上，工藝要求：擠制在電線(xiàn)上的塑料厚度必須均勻，電線(xiàn)的收/放由牽引電機一臺、放線(xiàn)電機一臺、張力電機一臺控制，見(jiàn)示意圖1。由于塑膠機的轉速一定，擠出的熱塑料量一定，因此只需調節牽引電機、放線(xiàn)電機、張力電機的轉速，便可調整擠制在電線(xiàn)上塑料厚度。而在電線(xiàn)廠(chǎng)往往由于牽引電機、放線(xiàn)電機、張力電機相互配合不當，導致塑料厚度不均勻，造成的廢品和次品較多，為了提高其工藝執行效率，同時(shí)便于工廠(chǎng)對生產(chǎn)能實(shí)時(shí)在線(xiàn)控制，同時(shí)能將控制信息與生產(chǎn)信息無(wú)縫連接到工廠(chǎng)的管理系統MIS中去，我們采用了泓格的嵌入式網(wǎng)絡(luò )通信微控制器I-7188EAD和I/O擴展控制器I-87K4模塊，構成了一基于工業(yè)Ethernet的分布式控制系統，取得了較好的經(jīng)濟效益。
I-7188微控制器本身是一個(gè)含有80188/40M主頻CPU的PC機，其分別有256K-512K的FLASH ROM和SRAM，內置量身定做了比ROMDOS執行效率更高的MINIOS7操作系統（為泓格專(zhuān)利），且含有一個(gè)與NE2000兼容的10M 的工業(yè)Ethernet接口及多種串行通信口，可以說(shuō)是是真正意義上的帶Ethernet接口的新一代嵌入式網(wǎng)絡(luò )控制器，正好滿(mǎn)足了我們基于Web的SCADA的需要。（系統也可選用I-8431嵌入式控制器，但由于塑膠機組比較分散、控制點(diǎn)數較少，為節約系統資源以及HUB資源，減少數據傳輸的瓶頸效應，我們選用了I－7188與I－87K4結合的方法）
2 系統設計
為真正實(shí)現具有Web功能的SCADA以及將生產(chǎn)工藝控制參數無(wú)縫連接到廠(chǎng)級Intranet的MIS系統中，在設計中，車(chē)間級Intranet主要由車(chē)間Web服務(wù)器（用于外部Ethernet連接以及與班組網(wǎng)絡(luò )連接）、車(chē)間生產(chǎn)計劃服務(wù)器（用于生產(chǎn)計劃、調度、報表統計等）以及車(chē)間控制服務(wù)器（車(chē)間生產(chǎn)控制流程、生產(chǎn)工藝控制、設備實(shí)時(shí)監控等）組成，與外部連接采用光纖通信介質(zhì)，I-7188與車(chē)間數據交換機HUB之間采用10M Ethernet連接。在塑膠機組控制過(guò)程中，考慮到設備的實(shí)時(shí)控制要求，采用了總線(xiàn)式連接方式的I-87K4控制器為前端現地信號處理器，同時(shí)每三臺塑膠機構成一個(gè)小型RS-485網(wǎng)，再通過(guò)I-7188數據網(wǎng)關(guān)與交換機相連，目的是能較為實(shí)時(shí)地控制各生產(chǎn)設備的運行，降低數據的瓶頸效應，另外，Ethernet采用的CSMA/CD的通信方式，數據通信控制存在某種不確定性，不利于控制。
生產(chǎn)車(chē)間的基于Web 的SCADA系統結構圖見(jiàn)圖2所示。各個(gè)現地控制單元I-87K4的控制與通訊由I-7188模塊完成，它用來(lái)與各采集模塊通訊，并對采集到的數據進(jìn)行處理，同時(shí)處理參數的顯示和用戶(hù)鍵盤(pán)輸入的處理。同時(shí)I-7188還用來(lái)與控制中心的工藝控制計算機主機通訊，實(shí)現中央監控，通訊采用X.28協(xié)議。
2.1 數據網(wǎng)關(guān)控制器I-7188
在車(chē)間班組級SCADA設計中，重點(diǎn)需考慮苛刻的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境、穩定性以及電磁兼容等問(wèn)題，同時(shí)還要避免操作人員非工作時(shí)間使用計算機而造成的不必要的麻煩。為此，選用了泓格公司的具有PC功能的工業(yè)級嵌入式數據網(wǎng)關(guān)－I-7188，它集計算機、通信、控制于一體，同時(shí)具有防塵、抗震、抗沖擊等特性，能滿(mǎn)足苛刻工業(yè)現場(chǎng)要求。是一款真正的具有“網(wǎng)絡(luò )就是控制器”概念的工業(yè)級嵌入式網(wǎng)絡(luò )控制器。它使網(wǎng)絡(luò )實(shí)現了從現場(chǎng)控制單元到Internet 、Intranet，管理層的直接通信。
由于I-7188嵌入式控制器配有MiniOS7嵌入式操作系統，它與MS-DOS以及ROM-DOS兼容，與ROM-DOS相比，MiniOS7更適合于嵌入式應用，如更短的加電啟動(dòng)時(shí)間，內置硬件診斷功能等，因此I-7188控制器可編程獨立運行。同時(shí)，它具有獨特的雙看門(mén)狗安全設計，即軟件看門(mén)狗和硬件看門(mén)狗組成，萬(wàn)一主控計算機當機，所有的輸出模塊就進(jìn)入預設的安全狀態(tài)，符合工業(yè)的安全要求。RS-485通訊網(wǎng)路如因故障或斷線(xiàn)，主控計算機和模塊間將無(wú)法互鎖或無(wú)法通訊時(shí)，也會(huì )啟動(dòng)軟件看門(mén)狗。軟件看門(mén)狗的設計非常巧妙，使用方便，可大幅增加系統安全性。在本系統中，塑膠機需要控制的I/O點(diǎn)數不多，且工業(yè)環(huán)境比較惡劣，控制功能比較容易實(shí)現，I－7188正好滿(mǎn)足我們所需的所有條件。因此，可以說(shuō)I-7188特別適合于小型的嵌入式機電控制系統。
2.2 I-87K4
I-8000用于擴充輸入/輸出模塊的數量，每一個(gè)擴展單元包括一個(gè)電源和一個(gè)底板。底板上帶4個(gè)串行輸入/輸出擴展槽。每個(gè)擴展單元均具有115.2K的RS-485總線(xiàn)，用于與主控單元通訊，是一種模塊化的、基于網(wǎng)絡(luò )的小型控制系統。它即可通過(guò)本機的總線(xiàn)連接 I/O，也可通過(guò)I/O擴展或網(wǎng)絡(luò )擴展去連接I/O。是智能型分散式數據采集前端產(chǎn)品的理想選擇，而與之相連的I-7188 可運行標準的SCADA軟件包。在本系統中，為了與I-7188EAD配合使用，我們選用了有4個(gè)擴展I/O功能的基本型I-87K4。
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