現(xiàn)場總線的監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　全自動計量配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應用已屢見不鮮，如:冶金，有色金屬，化工，水泥建材，食品等行業(yè)。它是成品生產的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質量，它是企業(yè)取得最佳經濟效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進性，開放性，免維護性，可擴展性是各行業(yè)所追求的一致目標。隨著it技術的普及應用，工廠自動化將直接進入e時代，其中計量自動化scada 也是一個重要的環(huán)節(jié)。

　　2 系統(tǒng)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線。其中動態(tài)計量秤，通過二級現(xiàn)場總線，會同plc，hmi/ipc無縫地組成三位一體的閉環(huán)動態(tài)配料系統(tǒng)，其中工控機經hub及以太網連入工廠erp/mis。整個配料過程嚴格按照所選擇的配方比和流程進行，并有多級報警記錄，完成不同原料混勻給料及物流控制，實現(xiàn)了管控一體化，優(yōu)化了過程控制的性能和效率。它將是一種目前基于fcs配料計量監(jiān)控系統(tǒng)的先進解決方案，符合開方性的計量自動化發(fā)展趨勢。

　　本系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)工藝流程

　　3 系統(tǒng)配置

　　本系統(tǒng)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cc- link現(xiàn)場總線聯(lián)網，以實現(xiàn)數(shù)據采集與控制，來確保系統(tǒng)的可靠性和實時性。上位機部分選擇研華ipc610工控機作為監(jiān)控站，配以 microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系統(tǒng)和世界著名的監(jiān)控軟件citectscada 5.30為 scada系統(tǒng)的軟件平臺環(huán)境，系統(tǒng)軟件具有豐富的流程操作、監(jiān)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(tǒng)的硬件和軟件是控制系統(tǒng)的有機體，以上配置確保了系統(tǒng)完整性、一致性、兼容性和成套性，適應在工業(yè)環(huán)境下能長期穩(wěn)定運行，并具有電、磁、震抗干擾的能力，保證了整個系統(tǒng)的安全運行要求。

　　系統(tǒng)具有如下功能特點:

　　·監(jiān)控生產現(xiàn)場的實時數(shù)據及工藝流程;

　　·瀏覽各實時/歷史趨勢畫面;

　　·處理反映各種過程報警和歷史報警;

　　·瀏覽查詢/打印實時/歷史生產報表;

　　·修改管理生產過程參數(shù)和狀態(tài);

　　·為企業(yè)決策者提供工廠底層實時數(shù)據;

　　本配料系統(tǒng)結構與網絡配置如圖2所示。

　　圖2 配料系統(tǒng)結構與網絡配置

　　3.1 下位機結構及組成

　　在本工程中所采用的12臺cfw主要是來完成原料流量控制，其核心為cfc-200儀表，它集調節(jié)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，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(jié)功能等特長，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，組成一個完整的機電一體化產品，確保了計量和控制的準確性，其系統(tǒng)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、高速、可靠、大容量的特點，其中plc1為主控，plc2為后備冗余，當發(fā)生故障時，便可實行主備plc間的無擾切換，也可作為將來工程擴充用。由于12臺cfw分布較分散，故選擇cc-link總線與plc相連。下位hmi為got940 lcd觸摸屏，以確保工藝數(shù)據正確和及時在上位pc監(jiān)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，也不影響整個流程控制。觸摸屏的監(jiān)控畫面雖沒上位hmi豐富，但也基本覆蓋整個系統(tǒng)的監(jiān)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、多廠商支持為目標于1996年推出的第二代開放式現(xiàn)場總線，是 control & communication link(控制與通信鏈路)的簡稱，2000年11月，cc-link協(xié)會成立，專門負責 cc-link在全球的普及和發(fā)展。

　　開放式現(xiàn)場總線cc-link具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節(jié)省成本等突出的優(yōu)勢。cc-link采用雙絞線為連接介質的主從結構，最多支持64個從站，采用廣播論詢方式，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。網絡總線最大的循環(huán)數(shù)據容量為2048個點，512個字;最大瞬時傳送數(shù)據量為960字節(jié)。cc-link具有預約站功能、自動刷新功能、即插即用功能和主站熱備、子站脫離、站上線回復、監(jiān)控測試等完備的ras機能。cc-link在使用上，硬件開關設置、接線(3芯屏蔽線)和系統(tǒng)組態(tài)(參數(shù)設定即可)都非常方便和簡單。

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

　　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(xiàn)場總線的。

　　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，并充分考慮系統(tǒng)資源，多用宏應用，減少掃描時間，提高實時控制性。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(shù)據刷新，在網絡組態(tài)時，可將初始化程序通過plc來完成網絡設備參數(shù)的設定，寫入主站的eeprom中，在運行程序中，主從站之間的數(shù)據交換是自動鏈接更新的，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)，網絡結構是主從結構，通信介質為雙絞線，它是modicon公司早期所引用發(fā)展,是一種經典開放的串行通信協(xié)議，在工業(yè)控制領域應用非常廣泛，是事實上的工業(yè)網絡標準。它支持21種功能代碼，并可與工廠中其它眾多廠商的不同產品進行通訊。本系統(tǒng)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，符合當今網絡發(fā)展趨勢。

　　3.4 監(jiān)控系統(tǒng)詳述

　　監(jiān)控系統(tǒng)是以citectscada 5.30 32位工控軟件為開發(fā)和運行平臺，citect是世界領先的scada產品,它是基于 windows nt平臺用于分布式控制系統(tǒng)的scada軟件，具有獨特的“可伸縮結構”,它向用戶提供了極大的應用靈活性和系統(tǒng)開方性，在工業(yè)自動化領域有著廣泛的應用，是當今優(yōu)秀的自動化軟件之一。

　　(1) citectscada

　　citectscada內置一個cicode腳本的實時多任務程序語言，利用它所提供的豐富函數(shù)庫，可靈活地開發(fā)出復雜的應用程序，這是它優(yōu)于其它scada軟件的特點之一。監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結構，具有多種畫面調用手段，以方便操作使用。系統(tǒng)畫面分菜單主頁，配料總貌監(jiān)控、設備監(jiān)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、幫助等畫面。為保證系統(tǒng)的安全可靠運行，監(jiān)控系統(tǒng)提供多級用戶管理功能, 分為操作員、管理員和工程師三種權限，以保證系統(tǒng)的安全機制。在本配料監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)中，結合了實際工藝狀況和充分利用citectscada的特長，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、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(jié)及產量統(tǒng)計計算等功能。

　　(2) 系統(tǒng)界面

　　系統(tǒng)部分界面圖如圖3、圖4、圖5所示。

　　圖3 配料系統(tǒng)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/輸出服務器(i/o server)形式經以太網鏈路(tcp/ip協(xié)議)連入工廠 erp/mis，citect提供了dde/netdde，opc，odbc/sql，com/dcom,ctapi等通用方法實現(xiàn)基于windows應用程序和i/o之間的數(shù)據交換。本配料系統(tǒng)中的歷史數(shù)據以odbc/sql方式訪問數(shù)據庫服務器microsoft sql server 7.0。而實時數(shù)據的交換,選用citectscada所提供的ctapi接口，它適合多種數(shù)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(shù)提供外部的應用程序(vb，vc++等)接口，使用戶應用程序可直接對citectscada的tag變量進行操作，并支持通過 tcp/ip的遠程ole api功能。