0前言

注橡機，是注塑機中的一類，主要用于橡膠行業(yè)的注塑成型設(shè)備，有使用周期長，控制要求高等的特點[1]。在生產(chǎn)過程中，機器中料筒溫度的控制精度是衡量其生產(chǎn)品質(zhì)的重要依據(jù)。為使企業(yè)中長時間運行的注橡機能夠安全穩(wěn)定高效地生產(chǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)就是通過監(jiān)測控制系統(tǒng)對下位機中PLC及溫度信號采集、執(zhí)行機構(gòu)進行控制，將信號經(jīng)通訊管理機送至上位機控制核心進行統(tǒng)一處理，并將處理結(jié)果反饋至下位機執(zhí)行。

1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如下圖1：

圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

主控層包括：監(jiān)控主機，打印設(shè)備。監(jiān)控主機采用高性能計算機，在WindowsXPSP3系統(tǒng)下完成組態(tài)軟件的運行與調(diào)試；打印設(shè)備根據(jù)監(jiān)控主機中報表的設(shè)定，定時自動打印報表。

通訊管理層包括：工控機、CP5611通訊卡和UT-712通訊卡。工控機采用研華NUPRO-A301工控機，安裝Simatic.net和Kepserver作為OPC服務(wù)器；CP5611通訊卡，用于西門子Profibus總線通訊；UT-712通訊卡，用于MODBUS總線通訊[2]。

現(xiàn)場控制層由西門子西門子300系列PLC、永宏FBE-28MU系列PLC、智能儀表及執(zhí)行機構(gòu)組成。

2系統(tǒng)軟件開發(fā)與實現(xiàn)

該系統(tǒng)監(jiān)控軟件部分由：組態(tài)王軟件開發(fā)完成，可實時通過通訊管理機獲取并修改如溫度、壓力、流量、單次生產(chǎn)時間等數(shù)據(jù)；繪制實時數(shù)據(jù)曲線，；將重要數(shù)據(jù)如溫度、壓力等存入Access數(shù)據(jù)庫中以備查詢；對現(xiàn)場PLC發(fā)出控制命令[3]。

2.1軟件開發(fā)流程設(shè)計

在建立監(jiān)控系統(tǒng)軟件工程之后，裝載驅(qū)動連接通訊管理機端的OPC服務(wù)器，再設(shè)置通訊參數(shù)，并校驗通訊狀態(tài)，然后根據(jù)用戶需求設(shè)置用戶操作以及參數(shù)顯示界面，設(shè)置需監(jiān)控變量及其屬性，通過系統(tǒng)功能的設(shè)定，將變量與操作動作連接，校驗動作是否正確，如正確，則將工程備份[4]。

完整開發(fā)流程如下圖2：

圖2 軟件設(shè)計流程圖

2.2通訊管理層服務(wù)器軟件配置

通訊管理層作為通訊管理、中轉(zhuǎn)設(shè)備，安裝了西門子Simatic.net軟件和Kepserver軟件。西門子Simatic.net軟件將掛接的西門子系列PLC硬件組態(tài)，設(shè)置其通訊地址，并通過OPC服務(wù)器發(fā)布通訊信息。Kepserver軟件用于連接永宏系列PLC，同時設(shè)置其通訊參數(shù)及地址[5]。由于現(xiàn)場通訊距離較長，經(jīng)計算與反復(fù)實驗，在通訊參數(shù)設(shè)置中采用異步通訊方式，通訊速率為19.2kbps，可保證其數(shù)據(jù)通訊的實時性。

2.3上位機組態(tài)軟件的實現(xiàn)

監(jiān)控主機上組態(tài)軟件是由亞控科技的組態(tài)王軟件實現(xiàn)的。在通訊管理機與現(xiàn)場控制層PLC等部件通訊正常的基礎(chǔ)上，建立工程，根據(jù)實際需求分別設(shè)定用戶界面、實時數(shù)據(jù)庫以及運行邏輯。

用戶界面是指提供給用戶監(jiān)測控制的人機對話窗口，主要內(nèi)容包括：狀態(tài)量顯示、工藝參數(shù)設(shè)定、歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)報表查詢傳送、報警設(shè)定與顯示。

狀態(tài)量顯示與工藝參數(shù)設(shè)置是人機對話的主要內(nèi)容，狀態(tài)量顯示窗口是現(xiàn)場機器狀態(tài)的實時反映，該界面模擬了各機器實際現(xiàn)場位置和狀態(tài)，并在二級窗口中直觀的提供各臺機器的具體參數(shù)；工藝參數(shù)設(shè)置可對保證產(chǎn)品質(zhì)量，比如在設(shè)定好硫化時間后，未達到工藝標(biāo)準(zhǔn)則屏蔽硫化中斷操作，直至產(chǎn)品達到標(biāo)準(zhǔn)。歷史數(shù)據(jù)查詢提供了產(chǎn)品追蹤的功能，方便企業(yè)進行質(zhì)量保障與經(jīng)驗總結(jié)。數(shù)據(jù)報表查詢與傳送功能可以將數(shù)據(jù)同步至ACCESS數(shù)據(jù)庫并將其發(fā)布在企業(yè)ERP系統(tǒng)上，供其他用戶調(diào)用。

實時數(shù)據(jù)庫是組態(tài)軟件的核心部分，所有的數(shù)據(jù)都通過變量的形式存入實時數(shù)據(jù)庫中，再根據(jù)需要進行調(diào)用，如下圖3。

圖3 數(shù)據(jù)流圖

運行邏輯是對已監(jiān)測到數(shù)據(jù)進行控制的方式，可以通過組態(tài)軟件的邏輯控制模塊配合C語言編程實現(xiàn)對變量數(shù)據(jù)修改傳輸、掛接設(shè)備端口的開啟、關(guān)閉以及控制算法的實現(xiàn)。比如在下面這段程序外加邏輯控件的作用下，實現(xiàn)了對一天三個時間段內(nèi)某工藝參數(shù)的循環(huán)控制（程序段內(nèi)的漢字均為變量）：

星期幾=當(dāng)前日期零點秒數(shù)-1316966400)/86400)%7;

*以2011年9月26日星期一零時為基準(zhǔn)*

{

if(當(dāng)前月==1)

M=13;

else

if(當(dāng)前月==2)

M=14;

else

M=當(dāng)前月;

星期幾=(當(dāng)前日+2*M+3*(M+1)/5+當(dāng)前年+當(dāng)前年/4-當(dāng)前年/100+當(dāng)前年/400)%7+1;}

if(星期幾==0)

{if(當(dāng)前時>=8&&當(dāng)前時<16)

{設(shè)定溫度=設(shè)定溫度一;}

elseif(當(dāng)前時>=16&&當(dāng)前時<24)

{設(shè)定溫度=設(shè)定溫度二;}

elseif(當(dāng)前時>=0&&當(dāng)前時<8)

{設(shè)定溫度=設(shè)定溫度三;}

}

3現(xiàn)場應(yīng)用

該系統(tǒng)在完成后實現(xiàn)了對某車間24臺3種型號注橡機的全面監(jiān)控，從下圖4的某機器下模板溫度曲線中可以看出，控制系統(tǒng)能夠有效控制溫度，穩(wěn)定區(qū)間內(nèi)的波動在0.1%左右，符合控制要求。該系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行證明其達到了企業(yè)提高生產(chǎn)效率、方便管理的目的。

圖4 某機械溫度曲線

4結(jié)束語

本文開發(fā)實現(xiàn)的注橡機聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，將組態(tài)軟件、通訊管理機以及現(xiàn)場機器三者緊密聯(lián)系在了一起，實現(xiàn)了對現(xiàn)場參數(shù)的實時監(jiān)控。整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，參數(shù)設(shè)置方便，人機交互友好等優(yōu)點，提高了行業(yè)生產(chǎn)的自動化控制水平，減少了生產(chǎn)過程中人為干預(yù)導(dǎo)致的損失，實踐應(yīng)用表明，該系統(tǒng)具有很高的應(yīng)用價值，值得推廣。

備注：許成冰，中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，研究生，控制工程專業(yè)，自動控制方向。

通訊地址：湖南省長沙市中南大學(xué)校本部民主樓319室；郵編：410083；電話：13467503063；郵箱：chengbing_xu@yeah.net

王勛志，1986.12，研究生，電氣工程阻專業(yè)，自動控制方向。電話：13517486387；郵箱：ishi2007@qq.com