惲琦

（常州技師學(xué)院 江蘇 常州213017）

談技師班工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建

惲琦

（常州技師學(xué)院 江蘇 常州213017）

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的硬件支撐為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，軟件支撐為M CGS組態(tài)軟件，主要用于維修電工技師班學(xué)生的一體化教學(xué)，使技師班學(xué)生掌握工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和組態(tài)軟件的應(yīng)用，提升自身技能層次。文章以液體灌裝系統(tǒng)的組建為例來(lái)說(shuō)明工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建過(guò)程。

技師班；工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；工控；MCGS組態(tài)軟件

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)機(jī)箱及主要設(shè)備的安裝

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱工控機(jī)系統(tǒng)，有時(shí)也稱為工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC，Industrial Personal Computer）控制系統(tǒng)。功能是將個(gè)人計(jì)算機(jī)引入工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)，可以完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中的數(shù)據(jù)采集、動(dòng)態(tài)顯示、參數(shù)分析、過(guò)程控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、能源管理、質(zhì)量控制、機(jī)電一體化等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制。

本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用當(dāng)今市場(chǎng)上較為常見(jiàn)的研華工控機(jī)機(jī)箱（IPC－610型），可以應(yīng)用在標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜之中，如圖1所示。

圖1 研華工控機(jī)機(jī)箱實(shí)物圖

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)安裝和調(diào)試必須按照如下順序進(jìn)行。如果不按順序執(zhí)行硬件或軟件的操作，系統(tǒng)將無(wú)法調(diào)試成功。

第一，安裝前面板。前面板上有一個(gè)風(fēng)扇，該風(fēng)扇正對(duì)著CPU卡及其他板卡安裝，所有板卡采取順著風(fēng)流方向的結(jié)構(gòu)插卡，可以幫助板卡有效散熱。

第二，安裝電源。工控機(jī)配置250W電源模塊（電子式開(kāi)關(guān)電源），其交流電源輸入為AC200V～240V，有4路輸出，分別為＋5V（25A）、＋12V（10A）、－5V（0.3A）和－12V（0.3A）。

第三，安裝存儲(chǔ)設(shè)備。要安裝的存儲(chǔ)設(shè)備包括軟盤(pán)、硬盤(pán)和只讀光盤(pán)（CD-ROM）。軟盤(pán)容量較小，讀寫(xiě)速度較慢，主要用于軟件流通和數(shù)據(jù)備份等場(chǎng)合，現(xiàn)在使用頻率較低，可不配置。硬盤(pán)容量大，讀寫(xiě)速度快，是工控機(jī)中不可缺少的部分。只讀光盤(pán)（CD-ROM）容量巨大，但讀取速度比硬盤(pán)慢，而且不能寫(xiě)，是工控機(jī)中必須安裝的存儲(chǔ)設(shè)備（有條件的情況下可以配置帶DVD刻錄的光盤(pán)）。

第四，安裝無(wú)源底板。底板為PC總線無(wú)源印刷線路板，所謂“無(wú)源”就是上下兩層PC總線電路板不含電源布線，而電路中的電源經(jīng)垂直孔同電源板連接。線路板共有四層，其中兩層為PC總線線路板，一層為地，還有一層為電源板。底板帶LED指示，含有14套PC總線插座，其中ISA總線有8套，PCI總線有4套。

第五，安裝CPU長(zhǎng)卡。工控機(jī)采用全長(zhǎng)ALL-in-one CPU加長(zhǎng)卡，它帶有2個(gè)插頭，1個(gè)為ISA插頭，另一個(gè)為PCI插頭。本卡除了帶有CPU、ROM和RAM以外，還帶有各種I/O接口芯片，256KB高速緩沖存儲(chǔ)器，2個(gè)串口、1個(gè)并行接口，軟/硬驅(qū)接口、鍵盤(pán)接口、揚(yáng)聲器發(fā)生接口和看門(mén)狗定時(shí)電路，如圖2所示。這種不在底板上安裝CPU的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)更新和修復(fù)簡(jiǎn)單而且停機(jī)時(shí)間最少。需要注意的是，暫時(shí)不要安裝其他板卡，板卡的安裝必須遵循先安裝驅(qū)動(dòng)程序，再關(guān)機(jī)插卡，然后再開(kāi)機(jī)測(cè)試板卡的順序。

圖2 CPU長(zhǎng)卡圖

安裝Windows操作系統(tǒng)

需要注意的是，先不要接通計(jì)算機(jī)電源，斷開(kāi)所有與計(jì)算機(jī)連接的外部設(shè)備，如打印機(jī)、掃描儀、外置Modem、ZIP設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)等。如果不斷開(kāi)這些外部設(shè)備，安裝過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)資源沖突，造成安裝程序死鎖。

第一，接通電源，開(kāi)機(jī)，完成計(jì)算機(jī)配置，使其能從光驅(qū)啟動(dòng)。接著將系統(tǒng)盤(pán)插入光驅(qū)，操作系統(tǒng)可以是Windows 98、Windows 2000、Windows XP等。本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)。重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將從光驅(qū)引導(dǎo)，屏幕上顯示“Press any key to boot from CD……”(按任意鍵從光驅(qū)啟動(dòng))，安裝程序?qū)z測(cè)計(jì)算機(jī)的硬件配置，從安裝光盤(pán)提取必要的安裝文件，之后用戶可以根據(jù)提示完成安裝程序，該過(guò)程可能持續(xù)10～20分鐘。

第二，安裝顯卡、聲卡等驅(qū)動(dòng)程序。操作系統(tǒng)安裝完畢后，計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的圖標(biāo)與普通個(gè)人電腦相似，并無(wú)特殊之處。

安裝研華Device Manager測(cè)試程序及PCL-818L板卡驅(qū)動(dòng)程序

第一，將研華Advantech Manager光盤(pán)插入光驅(qū)，屏幕上出現(xiàn)安裝界面，點(diǎn)擊“Device Manager”，根據(jù)提示可以非常方便地完成研華Device Manager測(cè)試程序的安裝，該程序的功能是測(cè)試安裝在工控機(jī)底板上的板卡工作是否正常。

第二，將Device Manager測(cè)試程序安裝完畢后，不要退出光盤(pán)，重新回到安裝界面。點(diǎn)擊“Iidividual Driver”，將出現(xiàn)板卡類(lèi)型選擇界面，選擇“ISA Series”（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)用到PCL-818L卡，屬于IS A卡），接下來(lái)會(huì)出現(xiàn)具體板卡的型號(hào)，選擇“PCL-818L”，根據(jù)提示即可完成PCL-818L板卡驅(qū)動(dòng)程序的安裝。

安裝、測(cè)試PCL-818L板卡

第一，當(dāng)軟件驅(qū)動(dòng)安裝完畢，關(guān)閉工控機(jī)電源，從包裝盒中取出PCL-818L板卡放置在絕緣墊上，設(shè)置各個(gè)跳線。SW1：將撥碼開(kāi)關(guān)撥到如所示，表示設(shè)置I/O基地址為300； SW2：設(shè)置信號(hào)為單端輸入；依次設(shè)置JP7、JP11、JP10、JP8、JP5、JP1等跳線，使參數(shù)適合使用。所有跳線設(shè)置完畢，將PCL-818L板卡插入底板上任意一個(gè)ISA插槽。

第二，開(kāi)機(jī)，運(yùn)行Device Manager測(cè)試程序，可以看到圖3中最左側(cè)的一個(gè)界面，在Supported Devices中可以看到PCL-818L已經(jīng)被系統(tǒng)識(shí)別出，點(diǎn)擊“Add”按鈕，將它添加到“Installed Devices”中，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，要與板卡上的跳線設(shè)置相配合。

圖3 板卡參數(shù)設(shè)置圖

第三，點(diǎn)擊“Test”按鈕，對(duì)板卡進(jìn)行測(cè)試，可以看如圖4所示界面，數(shù)字不斷跳動(dòng)，證明板卡工作正常；如果數(shù)字始終不變，則要關(guān)機(jī)檢查板卡是否連接正常。

圖4 板卡測(cè)試圖

安裝PCLD-8115D端子板及IRTP-300L紅外線溫度傳感器

第一，由于PLC-818L板卡內(nèi)置在工控機(jī)機(jī)箱中，要打開(kāi)機(jī)箱接線是不現(xiàn)實(shí)的，所以可以通過(guò)37芯D型接頭電纜線外接PCLD-8115D板卡，通過(guò)PCLD-8115D板卡接收采集到的輸入信號(hào)，再傳送給PLC-818L板卡。PCLD-8115D是一款能在惡劣環(huán)境中可靠連接的工業(yè)端子接線板，它與PLC-818L多功能數(shù)據(jù)采集卡連接，接受液體灌裝過(guò)程中的輸入信號(hào)，如溫度、液位、灌裝量等參數(shù)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后輸出給灌裝控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件。

第二，因?yàn)橐后w參數(shù)、灌裝數(shù)量等實(shí)物在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中處理起來(lái)不太方便，所以選取溫度參數(shù)進(jìn)行組態(tài)。在此，我們用人體溫度來(lái)模擬液體灌裝中儲(chǔ)液罐的溫度變化，用IRTP-300L紅外線溫度傳感器來(lái)接收溫度信號(hào)，如圖5所示。該紅外線溫度傳感器具有0～300度的測(cè)溫范圍、響應(yīng)速度為100毫秒、電源電壓為24伏、輸出電壓范圍為直流0～5伏，使用十分方便。

圖5 紅外線溫度傳感器圖

安裝MCGS組態(tài)軟件

MCGS組態(tài)軟件作為一個(gè)專為工控開(kāi)發(fā)的工具軟件，為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語(yǔ)言，就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所需要的所有功能。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行編程，通過(guò)PCL-818L板卡采集液體灌裝過(guò)程中的溫度、液位、灌裝量等參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

將MCGS光盤(pán)插入光驅(qū)，屏幕上顯示軟件安裝界面，選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，根據(jù)提示完成安裝。需要注意的是MCGS驅(qū)動(dòng)程序必須安裝，否則將無(wú)法與板卡通信。

完成組態(tài)工程并運(yùn)行調(diào)試

用MCGS組態(tài)軟件建立一個(gè)組態(tài)工程，來(lái)測(cè)試軟件與硬件是否配合。以液體灌裝系統(tǒng)為例，控制要求為：按下啟動(dòng)按鈕，儲(chǔ)液罐的液位低于10時(shí)，進(jìn)料閥YV打開(kāi)，液體從料池進(jìn)入儲(chǔ)液罐，液位上升到100時(shí)，進(jìn)料閥YV關(guān)閉。然后流量閥打開(kāi)，液體進(jìn)入灌嘴，如果液位達(dá)到設(shè)定值關(guān)閉流量閥，進(jìn)入灌裝準(zhǔn)備狀態(tài)，當(dāng)瓶檢測(cè)傳感器檢測(cè)到有瓶信號(hào)時(shí)，灌注電磁閥動(dòng)作，液體在重力作用下流入瓶中，延時(shí)1秒后，傳送帶動(dòng)作，將灌好的瓶送到檢測(cè)和包裝工位。組態(tài)要求如下：（1）具有儲(chǔ)液罐溫度檢測(cè)；（2）具有儲(chǔ)液罐液位檢測(cè)；（3）可以統(tǒng)計(jì)灌裝數(shù)量； （4）能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)控制。

完成后的組態(tài)畫(huà)面如圖6所示，儲(chǔ)液罐的溫度變化由實(shí)時(shí)曲線顯示。本系統(tǒng)中用人體溫度來(lái)模擬儲(chǔ)液罐的溫度變化，當(dāng)紅外線溫度傳感器檢測(cè)到環(huán)境溫度時(shí)，曲線比較平緩，一旦檢測(cè)到人體溫度，曲線就有明顯波動(dòng)。這個(gè)事例證明該傳感器可以準(zhǔn)確采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫度變化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

圖6 組態(tài)畫(huà)面圖

系統(tǒng)總裝

將調(diào)試好的系統(tǒng)保存，退出MCGS組態(tài)軟件，關(guān)閉工控機(jī)電源，進(jìn)行系統(tǒng)總裝，最后整個(gè)系統(tǒng)安裝完畢，如圖7所示?？傃b完畢應(yīng)再調(diào)試一次，以確保無(wú)誤。

圖7 系統(tǒng)總裝圖

結(jié)語(yǔ)

工業(yè)控制計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建以工控機(jī)為硬件平臺(tái)，以MCGS為軟件平臺(tái)，能完成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、分析、監(jiān)控等。

該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的完成，豐富了維修電工技師一體化教學(xué)課題，培養(yǎng)了技師班學(xué)生從硬件安裝到軟件應(yīng)用的綜合實(shí)踐能力，掌握工控機(jī)和組態(tài)軟件的使用將使他們?cè)谏鐣?huì)上具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

[1]周榮俊.工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)和社會(huì)保障出版社，2008.

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[4]嚴(yán)盈富.監(jiān)控組態(tài)軟件與PLC入門(mén)[M].北京：人民郵電出版社,2006.

[5]夏建全.工業(yè)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)——原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社,2008.

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1672-5727（2011）01-0129-02

惲琦（1975—），女，江蘇常州人，常州技師學(xué)院電氣工程系一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，研究方向?yàn)殡姎饧夹g(shù)。

（本欄責(zé)任編輯：張維佳）