冼偉發(fā)

摘要：論述了一種基于PVC混合機(jī)、配方機(jī)、送料系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際情況，分析了該系統(tǒng)的架構(gòu)選擇，從控制及監(jiān)控所需的通訊數(shù)據(jù)量，核心控制器功能等介紹了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：架構(gòu)；監(jiān)控系統(tǒng)；通訊

0引言

在PVC管道生產(chǎn)活動(dòng)中，從原料到產(chǎn)品間包括配方、混合、送料、擠出等階段，現(xiàn)有的配方機(jī)與混合機(jī)間、混合機(jī)與送料系統(tǒng)間單單靠2點(diǎn)繼電信號(hào)連接。生產(chǎn)有很大的隨機(jī)性，有時(shí)正常情況下后端的擠出設(shè)備的缺料，有時(shí)又會(huì)在送料環(huán)節(jié)留積大量粉料，粉料經(jīng)過(guò)混合干燥，若外放的時(shí)間長(zhǎng)受潮后會(huì)造成管道氣泡等嚴(yán)重影響產(chǎn)品品質(zhì)的問(wèn)題。這就要求嚴(yán)格控制在同一個(gè)流水線(xiàn)上的配方、混合、送料環(huán)節(jié)中留積的粉料。公司要求建立一套從配方到擠出設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)建立一套調(diào)配各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能停開(kāi)機(jī)。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1現(xiàn)有設(shè)備通訊條件

系統(tǒng)組成：配方機(jī)5臺(tái)，控制器為FATEK型號(hào)為FBS-60MS；稱(chēng)重送料系統(tǒng)1套，控制器為西門(mén)子的S7-CPU224；混合機(jī)45臺(tái)，控制器為匯川HOU-1616MR-XP；送料系統(tǒng)1套，控制器為西門(mén)子的S7-CPU226，以上各控制器均支持MODBUS主、從站。

1.2監(jiān)控通訊量計(jì)算

以MODBUS（485硬件）網(wǎng)絡(luò)來(lái)算：如圖1，主站通訊總量，I點(diǎn)：260+1580+120=1960BYTE，0點(diǎn)：136+450+90=676BYTE。手冊(cè)查得，以上各個(gè)控制器都無(wú)法做通訊主站，而采用工業(yè)計(jì)算機(jī)及對(duì)應(yīng)的接口模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制器構(gòu)建MODBUS網(wǎng)絡(luò)的辦法可以完成監(jiān)控任務(wù)，但卻無(wú)法完成復(fù)雜的各設(shè)備的生產(chǎn)調(diào)配工作。

通過(guò)選型討論，最終采用組態(tài)軟件WinCC V6.2為操作監(jiān)控界面，西門(mén)子CPU-315PN/2DP為系統(tǒng)核心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)PROFIBUS-DP與混合機(jī)、配方機(jī)、送料系統(tǒng)組成通訊網(wǎng)絡(luò)。

1.3系統(tǒng)核心控制器及通訊網(wǎng)絡(luò)PROFIBUS—DP選用理由

PROFIBUS是一種用于工廠(chǎng)自動(dòng)化車(chē)間級(jí)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。在OSI模型中PROFIBUS-DP只使用了第1、2層和用戶(hù)接口層，這種精簡(jiǎn)的結(jié)構(gòu)確保數(shù)據(jù)高速即時(shí)刷新。另外PROFIBUS為多主站的主從結(jié)構(gòu)，可帶超過(guò)127個(gè)從站（增加中繼器），可方便地構(gòu)成集中式、集散式、分布式控制系統(tǒng)。在帶從站能力方面，這極大的滿(mǎn)足系統(tǒng)的余量問(wèn)題，為后期跟其他系統(tǒng)的銜接帶來(lái)很大的方便。在網(wǎng)絡(luò)通用性方面，西門(mén)子S7-300系列以上的中型CPU大多都集成PROFIBUS通訊口，自帶現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)診斷功能給程序編制帶來(lái)極大的便利。另外，其他常用的例如歐姆龍、AB、三菱等品牌的中型以上的CPU都會(huì)有PROFBUS通訊模塊。

1.4系統(tǒng)組成分析

該系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)，如圖2。它由兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、核心控制器、5臺(tái)配方機(jī)及送料稱(chēng)重系統(tǒng)、45臺(tái)混合機(jī)、1套混合機(jī)送料系統(tǒng)以及網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換設(shè)備組成。系統(tǒng)的核心CPU315-2PN/DP通過(guò)PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，PROFIBUS轉(zhuǎn)MODBUS網(wǎng)關(guān)或者EM277模塊與現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備控制器進(jìn)行通訊。讀取現(xiàn)場(chǎng)控制器上的運(yùn)行參數(shù)顯示在監(jiān)控界面上，同時(shí)可修改工藝參數(shù)、送料參數(shù)、配方參數(shù)等，根據(jù)設(shè)定條件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行調(diào)配。

2系統(tǒng)配置

2.1上位機(jī)配置

考慮到界面的友好性，功能性及穩(wěn)定性，上位機(jī)采用西門(mén)子WINCC 6.2，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)跟CPU315-2PN/DP進(jìn)行通訊，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程變量報(bào)警、工藝參數(shù)修改記錄，現(xiàn)場(chǎng)重要參數(shù)的在線(xiàn)趨勢(shì)圖，生成數(shù)據(jù)報(bào)表，重要參數(shù)歸檔處理，遠(yuǎn)程手動(dòng)操作等。

2.2下位機(jī)配置

下位機(jī)的選用考慮的主要以下2點(diǎn)：1、滿(mǎn)足通訊量需要，對(duì)核心PLC來(lái)說(shuō)，通訊I/O量分別為1960BYTE，676BYTE；2、通訊口兼容情況，CPU模塊集成PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，以太網(wǎng)模塊。綜合以上，選擇自帶1路PROFIBUS-DP通訊口及2路以太網(wǎng)通訊口的西門(mén)子CPU315-2PN/DP。

2.3程序設(shè)計(jì)

（一）通訊故障“心跳”偵測(cè)程序

如圖3，從站2S周期的頻率信號(hào)通過(guò)通訊送到S7-300（例程圖中的Ⅰ1.0），S7-300通過(guò)功能塊偵測(cè)信號(hào)，一旦心跳停止，即可判斷通訊中斷，在監(jiān)控界面輸出報(bào)警。同樣，S7-300也會(huì)向從站發(fā)出2S頻率的心跳信號(hào)，通過(guò)對(duì)應(yīng)信號(hào)（如圖的M131）偵測(cè)與主站的通訊情況，依此來(lái)判斷主站發(fā)送的控制及修改參數(shù)信號(hào)的有效性。彌補(bǔ)PROFIBUS-DP總線(xiàn)診斷（FB125）只能診斷PROFIBUS-DP段的故障，而不能發(fā)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)后MODBUS網(wǎng)段的故障的不足。

（二）核心控制器對(duì)混合機(jī)運(yùn)行情況調(diào)配

混合機(jī)單位時(shí)間的產(chǎn)量=混合機(jī)每一個(gè)料的重量（120KG）/該料的混合時(shí)間；擠出設(shè)備單位時(shí)間產(chǎn)量=擠出米重*擠出速度（通過(guò)混合機(jī)送料系統(tǒng)獲?。?5臺(tái)混合機(jī)的單位時(shí)間產(chǎn)出料重量總和與擠出設(shè)備單位時(shí)間產(chǎn)量比較得到混合機(jī)增加/減少開(kāi)機(jī)信號(hào)。同樣，根據(jù)混合機(jī)的開(kāi)機(jī)情況調(diào)整配方機(jī)的開(kāi)機(jī)數(shù)量。這樣，在保證合理料倉(cāng)高位的情況下達(dá)到整條流水的動(dòng)態(tài)平衡。既不會(huì)因?yàn)榱袭a(chǎn)出過(guò)多積壓影響產(chǎn)品品質(zhì)，也不會(huì)因?yàn)殚_(kāi)機(jī)過(guò)少造成擠出設(shè)備缺料。

（三）系統(tǒng)監(jiān)控畫(huà)面

如圖4為混合機(jī)運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控界面，通過(guò)監(jiān)控畫(huà)面現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然（點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕），可方便查看混合機(jī)、配方機(jī)、送料系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，參數(shù)歸檔，報(bào)警等，同時(shí)也可以通過(guò)登錄賬號(hào)遠(yuǎn)程修改各機(jī)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程手動(dòng)操作，遠(yuǎn)程故障排除。

3結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行半年多。系統(tǒng)的使用使得生產(chǎn)活動(dòng)的有序化、透明化，為產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提供保障。最后，借此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推廣到其他生產(chǎn)系統(tǒng)上，使得成果最大化。