一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的涂料生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于以太網(wǎng)、計(jì)算機(jī)(PC)、可編程控制器(PLC)、人機(jī)界面(HumanComputer Interface，HMI)、智能儀表的自動(dòng)化已成為現(xiàn)代工廠的技術(shù)支柱。與傳統(tǒng)的基于現(xiàn)場(chǎng)總線的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有通信速率高、成本低廉、資源共享能力強(qiáng)、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)勢(shì)。

我國(guó)涂料行業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度相對(duì)落后，隨著涂料行業(yè)的技術(shù)改造和新建項(xiàng)目中計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用PLC控制取代了繼電器控制；工藝流程的人機(jī)界面動(dòng)態(tài)顯示取代了模擬顯示；PC機(jī)與以太網(wǎng)技術(shù)使整個(gè)生產(chǎn)線處于遠(yuǎn)程控制和管理下，從而徹底改變了傳統(tǒng)涂料行業(yè)生產(chǎn)的落后面貌。

本系統(tǒng)主要研究由PC、PLC和HMI組成的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)在涂料生產(chǎn)線的應(yīng)用。從工藝流程的控制要求人手，對(duì)涂料生產(chǎn)線綜合分析，通過(guò)PLC編程實(shí)現(xiàn)基本控制要求，通過(guò)觸摸屏設(shè)計(jì)一套人性化、簡(jiǎn)單化的人機(jī)界面，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。上位機(jī)監(jiān)控軟件采用北京亞控科技發(fā)展有限公司的“組態(tài)王6．53”組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)了工藝流程圖顯示、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)畫(huà)面顯示、報(bào)表顯示、報(bào)警顯示等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的過(guò)程監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理。通過(guò)以太網(wǎng)，管理者可以遠(yuǎn)程監(jiān)控整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，定時(shí)查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而最終滿足控制和管理要求。

2 工藝流程簡(jiǎn)介

涂料生產(chǎn)包括基料配對(duì)、配料、兌稀、包裝、入庫(kù)等環(huán)節(jié)。總體工藝流程如圖1所示。涂料生產(chǎn)工藝流程是：將膠料和助劑混合，并進(jìn)行低速攪拌；將顏填料、助劑和水混合后進(jìn)行高速分散，必要時(shí)進(jìn)行研磨制成白漿；把白漿分批慢速加入到乳液中，形成初涂料；用增稠劑調(diào)整初涂料的粘稠度，用色漿調(diào)配初涂料的顏色及其深淺度，或再加入消泡劑即為乳膠漆成品，經(jīng)過(guò)濾、稱量、包裝、檢驗(yàn)合格后就可入庫(kù)或上市銷售。

圖1 總體工藝流程圖

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝流程和生產(chǎn)要求，涂料生產(chǎn)過(guò)程控制中最重要的是對(duì)各種物料進(jìn)出量實(shí)現(xiàn)精確控制。生產(chǎn)所用的物料都存放在物料罐中，每次用料量都很大。由于現(xiàn)場(chǎng)條件的限制，無(wú)法直接采用重量傳感器來(lái)計(jì)量。而且從節(jié)約成本出發(fā)，采用質(zhì)量流量計(jì)也不經(jīng)濟(jì)。因此，本系統(tǒng)中采用液位變送器檢測(cè)物料罐中物料液位的變化，利用罐的截面積得到進(jìn)出物料量的體積，再利用該物料的密度就可得到進(jìn)出物料的量。同時(shí)，該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)還要求具有以下功能：

(1)對(duì)整個(gè)工藝流程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制；

(2)以組態(tài)王6．53web為技術(shù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面；

(3)通過(guò)以太網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)不同樓層的人機(jī)界面資料共享以及生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；

(4)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制中具有多重安全措施；

(5)實(shí)現(xiàn)“現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值班，控制室少人操作”的目標(biāo)，減輕操作人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，并加強(qiáng)對(duì)操作人員的監(jiān)督和管理。

整個(gè)系統(tǒng)分為四層：現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)、PLC控制站、上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3．1現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)主要有兩部分功能：一是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)進(jìn)行手動(dòng)操作；二是現(xiàn)場(chǎng)的液位變送器與PLC連接，將物料量的變化信號(hào)傳送到PLC，PLC輸出控制泵，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)出物料量的自動(dòng)控制。

3．2 PLC控制站

PLC控制站由可編程控制器、觸摸屏、配電器、中間繼電器和報(bào)警器等組成。

本系統(tǒng)中可編程控制器采用歐姆龍公司CPIH，主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相關(guān)模擬量和開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)狀態(tài)采集及輸出控制。觸摸屏采用威綸通公司的MT8000。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應(yīng)用更加靈活。觸摸屏可以設(shè)置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、以動(dòng)畫(huà)等形式描繪生產(chǎn)過(guò)程，使得PLC的應(yīng)用可視化。采用RS232接口將觸摸屏與PLC通過(guò)通信電纜進(jìn)行連接。遠(yuǎn)程觸摸屏(HMI A)和本地觸摸屏(HMI B)通過(guò)以太網(wǎng)連接，二者均可顯示儀表數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)，都能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。

3．3上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)既能完成系統(tǒng)的組態(tài)、調(diào)試，檢測(cè)參數(shù)的在線修正和控制參數(shù)的設(shè)置，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，報(bào)表的生成和打印，異常信號(hào)的報(bào)警及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等功能。利用組態(tài)王6．53的web功能，上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)同時(shí)作為系統(tǒng)的web服務(wù)器，組態(tài)王工程可通過(guò)web服務(wù)器完成web發(fā)布。

3．4遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)指廠長(zhǎng)室通過(guò)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)PC相連，操作人員可以隨時(shí)隨地通過(guò)以太網(wǎng)和IE瀏覽器實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。