一引言

　　某塑膠股份有限公司主營產品一次性PVC手套，年36億支手套，為世界主要的醫(yī)療級PVC手套制造商之一。對于致力于成為一個現(xiàn)代化的生產企業(yè)來說，現(xiàn)階段整個生產線的數(shù)據(jù)采集及自動化控制系統(tǒng)還不是太完善。目前塑膠廠的生產數(shù)據(jù)顯示主要有：一部分由多路巡檢儀顯示，一部分由人工觀測記錄所得，其中還有很大一部分數(shù)據(jù)沒有進行觀察和記錄，實時性及準確性都不能滿足日益增長的生產需求，而塑膠廠的生產操作則主要由人工來完成，部分不要生產工藝還不能進行自動控制。

　　鍋爐房：現(xiàn)在廠區(qū)內共有五臺鍋爐房，但是僅有一臺鍋爐房配有自動控制系統(tǒng)，另外幾臺都由人工操作。鍋爐房內需要采集的數(shù)據(jù)主要有：進出口油溫、爐排轉速、導熱油流量、爐膛溫度、鼓引風機電流、爐膛負壓、氣包水位、水泵頻率、電源電壓、油循環(huán)泵電流、進出口壓力、蒸汽壓力等。

　　配料房：配料包括一次配料和二次配料，從目前來看，兩次配料都沒有數(shù)據(jù)采集，生產情況的記錄全靠人工記錄，而配料的控制靠工人多年的經驗來進行。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，需要采集及控制的量主要有：料粉及液體料的用量，真空罐內的真空度，真空泵的轉速等等。

　　浸涂車間：浸涂車間需要采集大量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場主要靠多路巡檢儀來監(jiān)測整個生產線上的溫度，手模傳送帶的速度等。通過巡檢儀來顯示數(shù)據(jù)，一方面數(shù)據(jù)的延遲性比較大，數(shù)據(jù)顯示不準確，另一方面如果數(shù)據(jù)超過正常生產范圍，不能及時地報警，通知操作人員。另外，浸涂槽內液體的液位、粘度，以及烘箱內手模的溫度，以及導熱油的流量等等。

　　所以，設計一套綜合的數(shù)據(jù)采集及自動化控制系統(tǒng)，對于提高生產率，減少成產成本，提高產品質量，提升企業(yè)的競爭力有著至關重要的意義。

　　二系統(tǒng)設計

　　一個現(xiàn)代化的企業(yè)管理主要分為以下幾個層次(如圖1所示)，

　　圖1企業(yè)管理層次

　　對于該塑膠廠來說，其企業(yè)的建設也是按照這三個層次來進行的，但是根據(jù)企業(yè)目前實際需求來看，現(xiàn)階段主要是進行PCS層的建設。PCS（過程控制）層的主要任務是對生產過程中的有關參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度、PH值和物性等）進行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證產品質量和生產安全的前提下，使連續(xù)生產過程自動地進行下去。過程控制采用各種檢測、控制儀表和計算機等自動化技術工具，對整個生產過程進行自動檢測和控制。因此，整個過程控制由數(shù)據(jù)采集檢測部分和控制部分組成。

　　2.1系統(tǒng)總體設計

　　數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2所示）應包括動力設備監(jiān)控子系統(tǒng)、鍋爐及給排水監(jiān)控子系統(tǒng)、供配電管理系統(tǒng)和動力能源管理中心、煙氣回收控制室及生產線監(jiān)控子系統(tǒng)。

　　·動力設備監(jiān)控子系統(tǒng)包含真空、空壓、制冷系統(tǒng)；

　　·鍋爐及給排水系統(tǒng)放在鍋爐房監(jiān)控室，該部分包含鍋爐監(jiān)控和給水、排水的監(jiān)控；

　　·變配電管理系統(tǒng)控主要用來監(jiān)控靜電沉積用的高壓電源；

　　·煙氣回收控制室系統(tǒng)包括煙氣的溫度、流量等。

　　·生產線監(jiān)控子系統(tǒng)(四個分廠)主要采集監(jiān)控與生產有關的各種數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、液位、流量、轉速等等。

　　考慮到這幾部分設備分散、功能相對獨立，因此數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)綜合運用現(xiàn)代化通信、計算機IT技術和自動控制技術，建立集中管理、分散控制的集散型計算機網絡監(jiān)控管理系統(tǒng)。這種集散型系統(tǒng)結構，使整個數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)即可以在監(jiān)控中心實現(xiàn)對各分系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，統(tǒng)一協(xié)調，又通過分散控制，便于操作和調試、維護，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　圖2系統(tǒng)結構圖

　　2.2系統(tǒng)硬件設計

　　PLC是實現(xiàn)現(xiàn)場自動控制的核心。各PLC分部控制站主要負責采集現(xiàn)場的各個傳感器的信號，除了把信號轉換后傳給上位機，由上位機進行顯示和控制外，還要根據(jù)控制要求對現(xiàn)場控制柜和執(zhí)行機構做出相應的自動控制，所以各分站PLC不但具有中心控制的作用，而且起著數(shù)據(jù)中轉站的作用。

　　根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件選型的基本原則，在對當前工業(yè)自動化市場充分調研和了解的基礎上，我們對SIEMENS、Modicon、A-B、OMRON等多個知名品牌的代理集成商的方案和報價進行了詳細的論證和考察，并充分考慮了車間其它控制設備的情況，經過嚴格篩選最后確定采用西門子公司的PLC控制系統(tǒng)（如圖3所示）。

　　對于一套完整的PCS系統(tǒng)，即包括數(shù)據(jù)采集與生產過程的自動化控制，采取以下配置：

　　鍋爐房（2個）300PLC站：電源模塊1塊、300CPU1塊、16路數(shù)字量輸入模塊1塊，16路數(shù)字量輸出模塊1塊，8路模擬量輸入模塊4塊、直流24V電源1塊等。

　　各廠房生產線（4個）300PLC站：電源模塊1塊、300CPU1塊、16路數(shù)字量輸入模塊1塊，16路數(shù)字量輸出模塊1塊，8路模擬量輸入模塊4塊、直流24V電源1塊等。

　　圖3系統(tǒng)PLC分布

　　2.3系統(tǒng)軟件設計

　　按照數(shù)據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)的要求，配置監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件：

　　可提供滿足系統(tǒng)運行功能,二次開發(fā),易于維護以及符合開發(fā)系統(tǒng)標準的系統(tǒng)軟件,應用軟件,應用編程軟件包等全套軟件。

　　系統(tǒng)平臺可按實時,多用戶和多進程對資源進行分配和管理。系統(tǒng)將擁有事件驅動順序以及優(yōu)化結構裝配,以便于系統(tǒng)能在同一時間里處理實時情況與緊急任務。同時,系統(tǒng)平臺還具備網絡管理,標準網絡協(xié)議(包括TCP/IP,IPX/SPX等),遠程通信管理以及符合計算機技術發(fā)展趨勢的要求。軟件按模塊形式設計,以利于程序的擴展和修改。

　　系統(tǒng)可確保能源動力監(jiān)控管理中心出現(xiàn)故障時,控制器將繼續(xù)獨立執(zhí)行其功能。在控制器的電源裝置出現(xiàn)問題時,有關的狀態(tài)資料也將被輸送到能源動力管理中心。在電源中斷后恢復供電時,所有受電源中斷影響的設備和控制器應均能自動復位,而不需重新設定。各類應用軟件使用同一種高級語言,并且采用同一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。用戶界面全面漢化,具備多窗口功能,動態(tài)圖形顯示并且操作直觀,簡便。軟件功能實用，全面提高企業(yè)生產力和效率，提高能源管理的質量和減少成本及原材料消耗。

　　系統(tǒng)軟件采用獨一無二的分布式客戶機/服務器結構設計，用戶可以在企業(yè)的所有層次位置上都很方便的獲得實時過程信息，無論是在控制室還是在會議室，都可以進行交互操作。作出更快、更有效的決策。系統(tǒng)具有自診斷功能，故障診斷相應速度快。各子系統(tǒng)可以相互切換。

　　三關鍵工藝控制設計

　　3.1車速控制方案

　　手模傳動帶傳送速度的快慢關系到手模在烘箱內的干燥的好壞，也是整個工藝過程的關鍵環(huán)節(jié)，因此控制好車速對于產品的質量有著至關重要的作用。烘箱分部速度的控制原理如下圖所示，西門子MM440變頻器的給定值是以整線速度給定為基礎，由上位計算機給定，通過PROFIBUS總線發(fā)送給控制手模傳送帶傳動的臺變頻器，電機的實際轉速通過旋轉編碼器測量，反饋給變頻器，變頻器由內置的PID控制算法控制輸出電路的頻率，確保對電機實際速度的控制，從而達到控制烘箱分部速度的目的。

　　圖4車速控制原理圖

　　3.2PVC手套的計數(shù)控制

　　由于PVC手套本身的特點所限，即處于半透明狀態(tài)，一般測量儀器無法判斷出手模上是否有PVC手套，經過綜合比較國內外關于類似情況的檢測方案，可以選用機器視覺來完成手套的計量。

　　機器視覺是用計算機來分析從攝像機獲得的圖像的一種方法。分析結果被用來報告信息(探測結果)、控制工藝過程或移動物體。與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)如多媒體系統(tǒng)相比，機器視覺強調的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。采用CCD照相機將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，如:面積、長度、數(shù)量、位置等;最后，根據(jù)預設的容許度和其他條件輸出結果，如:尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等.機器視覺的特點是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機器視覺強調的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。機器視覺極適用于大批量生產過程中的測量、檢查和辨識，如:零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置/角度測量，零件識別，特性/字符識別等。機器視覺檢測技術具有速度快、精度高、自動化程度高等突出的優(yōu)點，能很好的滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求，在實際中顯示出廣闊的應用前景。機器視覺技術相對于傳統(tǒng)檢測技術在檢測領域中的優(yōu)點表現(xiàn)在:

　　(1)、非接觸

　　(2)、檢測速度快

　　(3)、精度高

　　(4)、實時性強，能實現(xiàn)全自動檢測

　　(5)、現(xiàn)場抗干擾能力強

　　本系統(tǒng)中由于手套烘干后會在手模上有卷唇，因此在用攝像機拍照時，手套與手模本身圖像會產生一灰度變化，由此就可以識別出手模上是否有PVC手套。其效果圖如圖5：

　　圖5-1有PVC手套的手模                       圖5-2無PVC手套的手模

　　其具體圖像處理流程如下：

　　平滑濾波處理，消除圖像噪聲；

　　快速定位，確定檢測邊緣，此環(huán)節(jié)是重要環(huán)節(jié)，直接影響圖像處理的速度；

　　灰度變換：目的是突出異物與背景灰度的對比值；

　　圖像分割：根據(jù)自適應特征門限，將圖像二值化；

　　圖像判斷：對圖像圓環(huán)進行邊緣檢測，因為圖像的灰度范圍是比較小的，因此，根據(jù)圖像處理的特點，可以得出：灰度比較大的是有PVC手套的手模，灰度比較小的是無PVC手套的手模。

　　圖像處理完場后，再將信號送給上位計算機，由此便可計量出PVC手套的數(shù)量。

　　四結束語

　　該數(shù)據(jù)自動化采集監(jiān)控管理系統(tǒng)是基于計算機網絡和數(shù)據(jù)庫技術的應用，根據(jù)塑膠廠各個子系統(tǒng)自身的特點，形成的綜合自動化水平較高的集控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)公用設施全面、有效的監(jiān)控與管理，確保設備處于安全、高效、節(jié)能、最佳運行狀態(tài)。該管理信息系統(tǒng)同時具備過程控制，大大提高設備和人員的工作效率。

　　作者簡介

　　何小虎(1986-)男，在讀研究生，主要研究方向：計算機控制和智能系統(tǒng)