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          基于泓格I-7188EAD/8410的分布式平板硫化機(jī)組的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

          作者: 時間:2013-12-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          1 開發(fā)需求與背景
            橡塑制品在我國工業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍,尤其是耐油性的橡塑制品,更受歡迎,湖北嘉德橡塑制品有限公司是專業(yè)生產(chǎn)潛油泵、油田泵、輸油管等用的專業(yè)型橡塑制品廠家,由于橡膠硫化需要在一定的時間、溫度以及壓力下才能硫化,傳統(tǒng)的硫化控制方法靠擋車工人憑經(jīng)驗確定,存在著許多弊端,導(dǎo)致橡膠欠硫、過硫,極大影響了橡塑制品的質(zhì)量,2002年我們?yōu)樵摴静捎勉袂度胧骄W(wǎng)絡(luò)控制器I-7188以及嵌入式受控型I-8410以及I-7000遠(yuǎn)程控制模塊集成了一套分布式橡塑硫化機(jī)的,并且將控制信息與生產(chǎn)信息集成到公司的MIS管理系統(tǒng)中,利于公司計劃、分析,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)將系統(tǒng)設(shè)計概述如下。
            2 系統(tǒng)架構(gòu)與組成
            2.1 方案選擇
            

          圖1:方案選擇圖

            如圖1所示的三種控制方案中,第一種方案雖然結(jié)構(gòu)簡單,但是一旦I-8421出現(xiàn)當(dāng)機(jī),平板硫化機(jī)將無法正常運行,同時,由于許多的控制參數(shù)存放在上位機(jī)上,無疑使上位機(jī)的負(fù)擔(dān)增加,相對而言,其安全性、可靠性較差。在第二種方案中,雖然一部分控制由嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器I-7188EAD承擔(dān),但I(xiàn)-87K4無控制功能,同樣存在著可靠性、安全性不佳的隱患。第三種方案中,重要的控制參數(shù)存放在上位機(jī)上,I-7188EAD承擔(dān)著雙重作用,平板硫化機(jī)的本地控制由I-8410完成,I-7188EAD在系統(tǒng)中是主控器、I-8410是受控器,滿足RS-485通信協(xié)議的主從要求。一旦需要更改工藝參數(shù),I-7188EAD與上位機(jī)通信獲得數(shù)據(jù),為了提高系統(tǒng)的可靠性,在系統(tǒng)中增加了I-7000模塊,一旦I-8410的通信信號消失或者出現(xiàn)故障時,控制功能由I-7188EAD托管、并由I-7000執(zhí)行(復(fù)用),但此時控制功能比較簡單,僅僅是溫度與壓力檢測、硫化定時而已、需手動開啟平板客戶機(jī),無系統(tǒng)設(shè)備故障監(jiān)測、溫度的PID調(diào)節(jié)等,在第三種方案中,由兩級控制器實現(xiàn)了雙機(jī)冗余,現(xiàn)地控制同時也有兩套組成,只是一套的控制功能比較完整、備用的一套的控制功能比較簡單,均可實現(xiàn)平板硫化機(jī)的控制,從而實現(xiàn)了控制器冗余、執(zhí)行器備用/復(fù)用的功能,滿足現(xiàn)代過程控制[1]的要求,極大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性,滿足了用戶“高可靠性、高安全性、高科技性、高效益”的要求。
            2.2 系統(tǒng)工作原理
             采用第三種方案時,整個工藝過程為:首先系統(tǒng)開啟、服務(wù)器、I-7188EAD、I-8410以及I-7000全部進(jìn)行一次握手信號的檢測,檢查系統(tǒng)的通信是否正常,由于不同的橡塑產(chǎn)品硫化時其工藝參數(shù)不同,工藝控制服務(wù)器給I-7188EAD傳送工件號,并將溫度、壓力、以及時間下放到I-7188EAD,以備控制I-7000,I-7188EAD同時也給I-8410傳送上述信息,以備I-8410按照服務(wù)器的指令進(jìn)行工藝控制。在控制過程中,I-7188EAD與I-8410始終相互傳遞“心跳”信息,一旦I-7188EAD發(fā)送10次心跳信息仍然接收不到I-8410傳送的控制信息,則I-7188EAD判斷I-8410通信失敗,發(fā)出數(shù)字信號,并且托管控制系統(tǒng),以使I-7000開始工作,同時將發(fā)出控制信號,使I-8410的電源斷開、1分鐘后,再次發(fā)出控制信號,使I-8410重新上電,恢復(fù)正常運行。待通信恢復(fù)正常后,I-7000退出控制,I-7000在整個控制過程中,除其備用執(zhí)行控制功能外,還要承擔(dān)蒸汽管路10個電磁閥、12路斷路器、12路吸合器的實時控制與監(jiān)測,因此,系統(tǒng)作到了任何控制器均有雙重功能,節(jié)約了設(shè)備成本,并且極大地發(fā)揮了各控制器的作用,滿足了設(shè)計要求。分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖見圖2所示。
            

          圖2:分布式控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖

            I-7188EAD與I-8410、I-7000采用RS-485通信,波特率設(shè)為19200bps,其中,I-7188EAD為現(xiàn)地控制單元的主控制器、I-7000以及I-8410均為受控器。I-7188EAD與控制服務(wù)器采用TCP/IP通信方式。
            2.3 系統(tǒng)配置
            2.3.1 I-7188EAD
            I-7188EAD為一具有PC功能的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器,也可以說是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器,它有512KB FLASH,512KB SRAM,2KB EEPROM,31B NVSRAM,內(nèi)置實時時鐘,看門狗定時器、內(nèi)置MiniOS7操作系統(tǒng)、具有64位硬件唯一序列號,支持用戶程序加密、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網(wǎng)絡(luò)控制器、支持TCP/IP協(xié)議。它具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計,即軟件看門狗和硬件看門狗組成,萬一主控計算機(jī)當(dāng)機(jī),所有的輸出模塊就進(jìn)入預(yù)設(shè)的安全狀態(tài),符合工業(yè)的安全要求,使用方便,可大幅增加系統(tǒng)安全性。
            2.3.2 I-8410配置
            I-8410是一款PC-Based嵌入式控制器(受控型),能擴(kuò)展4個并行控制I/O模塊,有256KB Flash ROM以及128KB SRAM、2KB EEPROM、內(nèi)置看門狗定時器利于系統(tǒng)安全可靠運行、且內(nèi)置專用MiniOS7操作系統(tǒng),適合用TC編寫控制程序,具有3個COM口,其中COM2為RS-485通信口。它同樣具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計,當(dāng)程序當(dāng)機(jī)時,可瞬間重新開機(jī),且和每個I/O模塊有軟件看門狗互鎖,大幅提高系統(tǒng)安全性。所采用的模塊及其特性、作用見表1所示。
            
          表1:I-8000功能模塊的選用、特性、作用
          表1:I-8000功能模塊的選用、特性、作用

            2.3.2 I-7000模塊的選用
            主要模塊為:I-7011PD可編程帶顯示的熱電偶輸入模塊、I-7012F快速模擬量輸入模塊、I-7041隔離開關(guān)量輸入模塊、I-7042隔離O.C.門輸出模塊、I-7080頻率/計數(shù)輸入模塊,其作用與I-8410選用的同類模塊相同,在此不再贅述。
            3 軟件設(shè)計
            3.1 I-7188EAD與I-8410之間的通信
            由于I-7188EAD與I-8410均具有控制功能,兩者之間必須相互配合,協(xié)調(diào)運行才能使系統(tǒng)的可靠性提高,因此,本系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(guān)鍵便是I-7188EAD與I-8410之間的通信程序。需定義兩者之間的通信方式、協(xié)議等,由于I-7188EAD與I-8410各自有RAM、ROM以及EEPROM,利于系統(tǒng)編程和存儲一定的數(shù)據(jù),在程序設(shè)計時,其通信的心跳信號是I/O信號,相互之間僅傳送必要的控制信息并加以存儲。在MiniOS7操作系統(tǒng)下、利用TC2.0以及各自的庫函數(shù)編寫。其流程圖見圖3所示。
            
          圖3:I-7188EAD與I-8410之間的通信
          圖3:I-7188EAD與I-8410之間的通信

            3.2 I-8410的控制程序
            I-8410的控制程序比較簡單,由于泓格提供了大量的對相應(yīng)模塊控制的庫函數(shù),在用TC2.0編寫時可以直接通用,給用戶極大的方便。主要分為:模塊初始化、數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)故障判斷與提示(通過DO信號輸出給外部指示燈)、數(shù)據(jù)通信等。
            3.3 工藝控制服務(wù)器程序
             在控制程序設(shè)計過程中,工藝控制服務(wù)器主要與I-7188EAD進(jìn)行通信,我們采用了泓格提供的OPC服務(wù)器以及ActiveX控件,并采用了組態(tài)王組態(tài)軟件,極大方便了上位機(jī)的編程過程。在服務(wù)器上安裝有Windows2000操作系統(tǒng)、Microsoft SQL6.5,便于控制信息存放到企業(yè)管理MIS系統(tǒng)中,利于生產(chǎn)管理人員計劃、統(tǒng)計。該段程序主要有人機(jī)交互界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫存取方式設(shè)計、IE的發(fā)布與瀏覽設(shè)計、系統(tǒng)故障診斷設(shè)計、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及安全性設(shè)計(防火墻的設(shè)計)、報表設(shè)計、文件系統(tǒng)管理設(shè)計、文件輸出管理設(shè)計(報表輸出、打印、管理)等。
            4 應(yīng)用體會與心得
            由于泓格的I-7188嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器與I-8000嵌入式控制模塊均有具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計,且和每個I/O模塊有軟件看門狗互鎖,并有專用的穩(wěn)定的MiniOS7操作系統(tǒng),大幅提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性,同時系統(tǒng)采用控制器冗余、控制執(zhí)行器復(fù)用,節(jié)約了投資成本,提高了企業(yè)和系統(tǒng)開發(fā)者的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)運行一年有余,一直比較穩(wěn)定運行,使生產(chǎn)的橡塑制品質(zhì)量提高、且次品率和廢品率大幅度下降,提高了生產(chǎn)效率,降低了勞動強(qiáng)度,深受使用單位好評??傊?,泓格的產(chǎn)品使系統(tǒng)集成者和系統(tǒng)使用者均可獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。


          參考文獻(xiàn):

          [1].RS-485datasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/RS-485_584821.html.
          [2].COMdatasheethttp://www.dzsc.com/datasheet/COM_1118194.html.

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