基于泓格I-7188的分布式塑膠機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實施
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隨著現(xiàn)代工廠信息自動化進程的加快，企業(yè)急需要將管理、決策、市場信息和現(xiàn)場控制信息結合起來，實現(xiàn)ERP、MES、PCS三層信息一體化的解決方案。同時，企業(yè)內、外部交換信息的需求也在不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產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生產現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結合起來，建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，形成一個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)信息自動化信息平臺的要求，它使采集和監(jiān)控的數據得以開放，能被更多的管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和使用者所訪問。
武漢泓華電線廠是一家合資企業(yè)，專門生產油田、礦山用的塑膠電線，共有Φ20～Φ80mm的塑膠機6臺和3臺小型成纜機。塑膠機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/放由牽引電機一臺、放線電機一臺、張力電機一臺控制，見示意圖1。由于塑膠機的轉速一定，擠出的熱塑料量一定，因此只需調節(jié)牽引電機、放線電機、張力電機的轉速，便可調整擠制在電線上塑料厚度。而在電線廠往往由于牽引電機、放線電機、張力電機相互配合不當，導致塑料厚度不均勻，造成的廢品和次品較多，為了提高其工藝執(zhí)行效率，同時便于工廠對生產能實時在線控制，同時能將控制信息與生產信息無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絡通信微控制器I-7188EAD和I/O擴展控制器I-87K4模塊，構成了一基于工業(yè)Ethernet的分布式控制系統(tǒng)，取得了較好的經濟效益。
I-7188微控制器本身是一個含有80188/40M主頻CPU的PC機，其分別有256K-512K的FLASH ROM和SRAM，內置量身定做了比ROMDOS執(zhí)行效率更高的MINIOS7操作系統(tǒng)（為泓格專利），且含有一個與NE2000兼容的10M 的工業(yè)Ethernet接口及多種串行通信口，可以說是是真正意義上的帶Ethernet接口的新一代嵌入式網絡控制器，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，但由于塑膠機組比較分散、控制點數較少，為節(jié)約系統(tǒng)資源以及HUB資源，減少數據傳輸的瓶頸效應，我們選用了I－7188與I－87K4結合的方法）
2 系統(tǒng)設計
為真正實現(xiàn)具有Web功能的SCADA以及將生產工藝控制參數無縫連接到廠級Intranet的MIS系統(tǒng)中，在設計中，車間級Intranet主要由車間Web服務器（用于外部Ethernet連接以及與班組網絡連接）、車間生產計劃服務器（用于生產計劃、調度、報表統(tǒng)計等）以及車間控制服務器（車間生產控制流程、生產工藝控制、設備實時監(jiān)控等）組成，與外部連接采用光纖通信介質，I-7188與車間數據交換機HUB之間采用10M Ethernet連接。在塑膠機組控制過程中，考慮到設備的實時控制要求，采用了總線式連接方式的I-87K4控制器為前端現(xiàn)地信號處理器，同時每三臺塑膠機構成一個小型RS-485網，再通過I-7188數據網關與交換機相連，目的是能較為實時地控制各生產設備的運行，降低數據的瓶頸效應，另外，Ethernet采用的CSMA/CD的通信方式，數據通信控制存在某種不確定性，不利于控制。
生產車間的基于Web 的SCADA系統(tǒng)結構圖見圖2所示。各個現(xiàn)地控制單元I-87K4的控制與通訊由I-7188模塊完成，它用來與各采集模塊通訊，并對采集到的數據進行處理，同時處理參數的顯示和用戶鍵盤輸入的處理。同時I-7188還用來與控制中心的工藝控制計算機主機通訊，實現(xiàn)中央監(jiān)控，通訊采用X.28協(xié)議。
2.1 數據網關控制器I-7188
在車間班組級SCADA設計中，重點需考慮苛刻的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、穩(wěn)定性以及電磁兼容等問題，同時還要避免操作人員非工作時間使用計算機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)級嵌入式數據網關－I-7188，它集計算機、通信、控制于一體，同時具有防塵、抗震、抗沖擊等特性，能滿足苛刻工業(yè)現(xiàn)場要求。是一款真正的具有“網絡就是控制器”概念的工業(yè)級嵌入式網絡控制器。它使網絡實現(xiàn)了從現(xiàn)場控制單元到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更適合于嵌入式應用，如更短的加電啟動時間，內置硬件診斷功能等，因此I-7188控制器可編程獨立運行。同時，它具有獨特的雙看門狗安全設計，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬一主控計算機當機，所有的輸出模塊就進入預設的安全狀態(tài)，符合工業(yè)的安全要求。RS-485通訊網路如因故障或斷線，主控計算機和模塊間將無法互鎖或無法通訊時，也會啟動軟件看門狗。軟件看門狗的設計非常巧妙，使用方便，可大幅增加系統(tǒng)安全性。在本系統(tǒng)中，塑膠機需要控制的I/O點數不多，且工業(yè)環(huán)境比較惡劣，控制功能比較容易實現(xiàn)，I－7188正好滿足我們所需的所有條件。因此，可以說I-7188特別適合于小型的嵌入式機電控制系統(tǒng)。
2.2 I-87K4
I-8000用于擴充輸入/輸出模塊的數量，每一個擴展單元包括一個電源和一個底板。底板上帶4個串行輸入/輸出擴展槽。每個擴展單元均具有115.2K的RS-485總線，用于與主控單元通訊，是一種模塊化的、基于網絡的小型控制系統(tǒng)。它即可通過本機的總線連接 I/O，也可通過I/O擴展或網絡擴展去連接I/O。是智能型分散式數據采集前端產品的理想選擇，而與之相連的I-7188 可運行標準的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個擴展I/O功能的基本型I-87K4。
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