基于泓格I-7188的分布式塑膠機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施
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隨著現(xiàn)代工廠信息自動(dòng)化進(jìn)程的加快，企業(yè)急需要將管理、決策、市場(chǎng)信息和現(xiàn)場(chǎng)控制信息結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)ERP、MES、PCS三層信息一體化的解決方案。同時(shí)，企業(yè)內(nèi)、外部交換信息的需求也在不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對(duì)生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求已不局限于通常意義上的對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時(shí)還要求把現(xiàn)場(chǎng)信息和管理信息結(jié)合起來(lái)，建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動(dòng)化的信息平臺(tái)，通過(guò)對(duì)經(jīng)營(yíng)決策、管理、計(jì)劃、調(diào)度、過(guò)程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場(chǎng)控制等信息的綜合處理，形成一個(gè)意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。在PCS層中，只有具有Web功能的SCADA系統(tǒng)，才能滿足企業(yè)信息自動(dòng)化信息平臺(tái)的要求，它使采集和監(jiān)控的數(shù)據(jù)得以開放，能被更多的管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和使用者所訪問(wèn)。
武漢泓華電線廠是一家合資企業(yè)，專門生產(chǎn)油田、礦山用的塑膠電線，共有Φ20～Φ80mm的塑膠機(jī)6臺(tái)和3臺(tái)小型成纜機(jī)。塑膠機(jī)的功能是將塑料熔化并擠制在電線上，工藝要求：擠制在電線上的塑料厚度必須均勻，電線的收/放由牽引電機(jī)一臺(tái)、放線電機(jī)一臺(tái)、張力電機(jī)一臺(tái)控制，見(jiàn)示意圖1。由于塑膠機(jī)的轉(zhuǎn)速一定，擠出的熱塑料量一定，因此只需調(diào)節(jié)牽引電機(jī)、放線電機(jī)、張力電機(jī)的轉(zhuǎn)速，便可調(diào)整擠制在電線上塑料厚度。而在電線廠往往由于牽引電機(jī)、放線電機(jī)、張力電機(jī)相互配合不當(dāng)，導(dǎo)致塑料厚度不均勻，造成的廢品和次品較多，為了提高其工藝執(zhí)行效率，同時(shí)便于工廠對(duì)生產(chǎn)能實(shí)時(shí)在線控制，同時(shí)能將控制信息與生產(chǎn)信息無(wú)縫連接到工廠的管理系統(tǒng)MIS中去，我們采用了泓格的嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信微控制器I-7188EAD和I/O擴(kuò)展控制器I-87K4模塊，構(gòu)成了一基于工業(yè)Ethernet的分布式控制系統(tǒng)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
I-7188微控制器本身是一個(gè)含有80188/40M主頻CPU的PC機(jī)，其分別有256K-512K的FLASH ROM和SRAM，內(nèi)置量身定做了比ROMDOS執(zhí)行效率更高的MINIOS7操作系統(tǒng)（為泓格專利），且含有一個(gè)與NE2000兼容的10M 的工業(yè)Ethernet接口及多種串行通信口，可以說(shuō)是是真正意義上的帶Ethernet接口的新一代嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器，正好滿足了我們基于Web的SCADA的需要。（系統(tǒng)也可選用I-8431嵌入式控制器，但由于塑膠機(jī)組比較分散、控制點(diǎn)數(shù)較少，為節(jié)約系統(tǒng)資源以及HUB資源，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i效應(yīng)，我們選用了I－7188與I－87K4結(jié)合的方法）
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為真正實(shí)現(xiàn)具有Web功能的SCADA以及將生產(chǎn)工藝控制參數(shù)無(wú)縫連接到廠級(jí)Intranet的MIS系統(tǒng)中，在設(shè)計(jì)中，車間級(jí)Intranet主要由車間Web服務(wù)器（用于外部Ethernet連接以及與班組網(wǎng)絡(luò)連接）、車間生產(chǎn)計(jì)劃服務(wù)器（用于生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等）以及車間控制服務(wù)器（車間生產(chǎn)控制流程、生產(chǎn)工藝控制、設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控等）組成，與外部連接采用光纖通信介質(zhì)，I-7188與車間數(shù)據(jù)交換機(jī)HUB之間采用10M Ethernet連接。在塑膠機(jī)組控制過(guò)程中，考慮到設(shè)備的實(shí)時(shí)控制要求，采用了總線式連接方式的I-87K4控制器為前端現(xiàn)地信號(hào)處理器，同時(shí)每三臺(tái)塑膠機(jī)構(gòu)成一個(gè)小型RS-485網(wǎng)，再通過(guò)I-7188數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與交換機(jī)相連，目的是能較為實(shí)時(shí)地控制各生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行，降低數(shù)據(jù)的瓶頸效應(yīng)，另外，Ethernet采用的CSMA/CD的通信方式，數(shù)據(jù)通信控制存在某種不確定性，不利于控制。
生產(chǎn)車間的基于Web 的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2所示。各個(gè)現(xiàn)地控制單元I-87K4的控制與通訊由I-7188模塊完成，它用來(lái)與各采集模塊通訊，并對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時(shí)處理參數(shù)的顯示和用戶鍵盤輸入的處理。同時(shí)I-7188還用來(lái)與控制中心的工藝控制計(jì)算機(jī)主機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控，通訊采用X.28協(xié)議。
2.1 數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)控制器I-7188
在車間班組級(jí)SCADA設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)需考慮苛刻的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、穩(wěn)定性以及電磁兼容等問(wèn)題，同時(shí)還要避免操作人員非工作時(shí)間使用計(jì)算機(jī)而造成的不必要的麻煩。為此，選用了泓格公司的具有PC功能的工業(yè)級(jí)嵌入式數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)－I-7188，它集計(jì)算機(jī)、通信、控制于一體，同時(shí)具有防塵、抗震、抗沖擊等特性，能滿足苛刻工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)要求。是一款真正的具有“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”概念的工業(yè)級(jí)嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器。它使網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了從現(xiàn)場(chǎng)控制單元到Internet 、Intranet，管理層的直接通信。
由于I-7188嵌入式控制器配有MiniOS7嵌入式操作系統(tǒng)，它與MS-DOS以及ROM-DOS兼容，與ROM-DOS相比，MiniOS7更適合于嵌入式應(yīng)用，如更短的加電啟動(dòng)時(shí)間，內(nèi)置硬件診斷功能等，因此I-7188控制器可編程獨(dú)立運(yùn)行。同時(shí)，它具有獨(dú)特的雙看門狗安全設(shè)計(jì)，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬(wàn)一主控計(jì)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。RS-485通訊網(wǎng)路如因故障或斷線，主控計(jì)算機(jī)和模塊間將無(wú)法互鎖或無(wú)法通訊時(shí)，也會(huì)啟動(dòng)軟件看門狗。軟件看門狗的設(shè)計(jì)非常巧妙，使用方便，可大幅增加系統(tǒng)安全性。在本系統(tǒng)中，塑膠機(jī)需要控制的I/O點(diǎn)數(shù)不多，且工業(yè)環(huán)境比較惡劣，控制功能比較容易實(shí)現(xiàn)，I－7188正好滿足我們所需的所有條件。因此，可以說(shuō)I-7188特別適合于小型的嵌入式機(jī)電控制系統(tǒng)。
2.2 I-87K4
I-8000用于擴(kuò)充輸入/輸出模塊的數(shù)量，每一個(gè)擴(kuò)展單元包括一個(gè)電源和一個(gè)底板。底板上帶4個(gè)串行輸入/輸出擴(kuò)展槽。每個(gè)擴(kuò)展單元均具有115.2K的RS-485總線，用于與主控單元通訊，是一種模塊化的、基于網(wǎng)絡(luò)的小型控制系統(tǒng)。它即可通過(guò)本機(jī)的總線連接 I/O，也可通過(guò)I/O擴(kuò)展或網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展去連接I/O。是智能型分散式數(shù)據(jù)采集前端產(chǎn)品的理想選擇，而與之相連的I-7188 可運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的SCADA軟件包。在本系統(tǒng)中，為了與I-7188EAD配合使用，我們選用了有4個(gè)擴(kuò)展I/O功能的基本型I-87K4。
評(píng)論