摘 要：從低成本自動(dòng)化的模式出發(fā),介紹一種以IPC工控機(jī)﹑臺(tái)灣研華公司的ADAM-4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集模塊及以北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)軟件-組態(tài)王進(jìn)行組態(tài)所組成的糖廠工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及技術(shù)特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：低成本自動(dòng)化;參數(shù)監(jiān)控;IPC;ADAM-4000模塊;組態(tài)王（KING VIEW） 一、概述 　　在糖廠的生產(chǎn)過程中，為保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行，特別是保證蔗糖的質(zhì)量，提高出優(yōu)等糖的出糖率，必須對(duì)糖廠的壓榨、制煉、鍋爐、電力等車間的生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。由于糖廠的工藝決定了糖廠的車間較為分散，監(jiān)測記錄參數(shù)量多，而且大部分靠人工操作，造成工人管理及調(diào)度人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，給糖廠的生產(chǎn)操作、調(diào)度及管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化帶來了很大不便。因此安裝糖廠工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)有著重要的意義。它可以實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)、自動(dòng)監(jiān)測、存貯及處理生產(chǎn)過程中各生產(chǎn)部位的工藝參數(shù)，優(yōu)化現(xiàn)場操作條件，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)，還要求可用便攜式電腦在異地通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各設(shè)備工況及工藝參數(shù)、異地進(jìn)行故障診斷及系統(tǒng)維護(hù)。為實(shí)現(xiàn)全面質(zhì)量管理自動(dòng)化打下基礎(chǔ)。 二、系統(tǒng)平臺(tái)的選擇 　　在設(shè)計(jì)本監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，主要考慮的問題是系統(tǒng)的開放性、維護(hù)性以及整個(gè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比，因此選擇適當(dāng)?shù)能?、硬件平臺(tái)是非常重要的。集散控制系統(tǒng)的DCS以卓越的集中管理、集中操作與功能分散、危險(xiǎn)分散的特點(diǎn)適應(yīng)了工廠自動(dòng)化的要求，是工控系統(tǒng)理想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。但是一些DCS系統(tǒng)大都比較龐大，硬件和軟件的專用性強(qiáng)，系統(tǒng)投資很大，開發(fā)周期長，使得許多中小企業(yè)望而卻步。 　　當(dāng)前工控系統(tǒng)的一個(gè)值得注意的趨勢就是低成本的自動(dòng)化。所謂低成本自動(dòng)化就是一種適度投資、采用高新技術(shù)、低成本、高效益、低風(fēng)險(xiǎn)，具有竟?fàn)幜Φ囊环N自動(dòng)化模式。它瞄準(zhǔn)中小企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的過程控制和生產(chǎn)監(jiān)控管理。低成本自動(dòng)化的目標(biāo)就是以較低的成本實(shí)現(xiàn)高可靠性、高性能的控制系統(tǒng)。為此在經(jīng)過對(duì)各種方案進(jìn)行充分的比較后,選擇以下的軟、硬件平臺(tái)。 　　1、硬件平臺(tái)：在上述背景下，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC越來越受到關(guān)注。IPC的開放性、兼容性使得它與大系統(tǒng)聯(lián)結(jié)比較方便，這正是IPC適于低成本自動(dòng)化的優(yōu)勢。同時(shí)IPC是按照工業(yè)現(xiàn)場的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)的，與一般的通用PC相比、IPC在抗干擾性，可靠性等方面有了極大的改進(jìn)，完全能夠滿足工業(yè)現(xiàn)場控制的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，其平均無故障時(shí)間MTBF已達(dá)10年。同時(shí)IPC往往采用嵌入式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了模塊化及組合化。能夠使用現(xiàn)在很多工控硬件公司生產(chǎn)的符合IPC標(biāo)準(zhǔn)的各種控制模塊或板卡，能夠方便地設(shè)計(jì)及搭建自己的工業(yè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“即插即用”（Plug and play） 　　2、軟件平臺(tái)：從軟件方面看，Windows逐漸成為PC軟件的平臺(tái)，Windows以其標(biāo)準(zhǔn)窗口系統(tǒng)、圖形用戶界面（GUI）和集成數(shù)據(jù)共享等特點(diǎn)，成為當(dāng)今最受歡迎的軟件開發(fā)工具和集成環(huán)境之一。Windows受到廣泛稱贊的特色之一是它的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE（Dynamical Dede Exchange）功能。通過DDE以及Net DDE（DDE的網(wǎng)絡(luò)版本），同一計(jì)算機(jī)上的多個(gè)應(yīng)用程序之間在運(yùn)行過程中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，網(wǎng)絡(luò)上的不同計(jì)算機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。國際、國內(nèi)有眾多的基于PC機(jī)及Windows平臺(tái)的工控軟件，如InTouch、Citect及組態(tài)王（King View）等工控軟件包。這些軟件包都提供了對(duì)Windows DDE功能的支持。 　　因此，考慮到適應(yīng)開放體系控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，我們決定采用低成本自動(dòng)化系統(tǒng)集成的方式，選擇IPC作為監(jiān)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，選擇臺(tái)灣研華（ADVANTECH）公司的ADAM—4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集模塊組成RS-485測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以Windows98作為IPC監(jiān)控系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，由北京亞控自動(dòng)化軟件公司生產(chǎn)的組態(tài)王6.0（King View6.0）軟件組成監(jiān)控系統(tǒng)的軟件體系。 三、系統(tǒng)方案 　　1、 系統(tǒng)要求該工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)糖廠有關(guān)車間的電流、功率、溫度、壓力、流量、液位及糖漿鍾度、中和PH值等33個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測及管理。根據(jù)生產(chǎn)狀況及時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)生成并定時(shí)打印報(bào)表等;同時(shí)對(duì)在生產(chǎn)工藝控制中比較重要的參數(shù)要在整個(gè)榨季進(jìn)行記錄保存，并在系統(tǒng)上繪制歷史及實(shí)時(shí)曲線，可根據(jù)各工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線值實(shí)時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝控制及參數(shù)控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程及流程處于最佳工藝生產(chǎn)狀態(tài)，提高產(chǎn)品質(zhì)量及出糖率。同時(shí)要求組建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用便攜式電腦在異地可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)場參數(shù)及工藝畫面，同時(shí)可遠(yuǎn)程對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及故障進(jìn)行診斷及維護(hù)。 　　2、 根據(jù)上述系統(tǒng)要求，由臺(tái)灣研華公司的工業(yè)控制微機(jī)IPC和ADAM—4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集控制模塊組成RS-485網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)： [align=center] 圖1 系統(tǒng)組成框圖[/align] 　?。?）工控機(jī)選用研華IPC—615型奔騰或以上CPU的專用機(jī)，該機(jī)型具有較強(qiáng)的抗惡劣環(huán)境及抗干擾能力和較高的可靠性，加裝100M以態(tài)網(wǎng)卡后可以與其它系統(tǒng)聯(lián)成局域網(wǎng)。 　?。?）ADAM—4000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集模塊為智慧型I/O模塊，可處理A/D、D/A、D/I、D/O等工業(yè)信號(hào)，并可直接與各種形式熱電偶及鉑電阻直接相連，也可通過傳感器或一次儀表將待檢測的物理參數(shù)的測量值送入ADAM—4000模塊的RS—485標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)利用單組雙絞線屏蔽電纜作為信號(hào)傳輸線;傳送速率可達(dá)到115.2kbps，傳輸距離可達(dá)1.2KM，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最多可接入256個(gè)ADAM模塊，每個(gè)ADAM模塊可有最多16個(gè)通道的模擬量輸入或開關(guān)量輸入。 　?。?）上位機(jī)組態(tài)軟件選用北京亞控公司的組態(tài)王6.0（King View6.0）該軟件能很好的支持ADAM—4000系列模塊，組態(tài)方便，容易操作的人機(jī)界面，具有數(shù)據(jù)分析與報(bào)表輸出等功能。同時(shí),組態(tài)王支持通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和其它應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù);通過DDE,開發(fā)者可以利用PC機(jī)豐富的軟件資源來擴(kuò)充“組態(tài)王”的功能,如可和各種Windows下的與DDE兼容的應(yīng)用程序（如Excel）交換數(shù)據(jù);可以利用VB開發(fā)服務(wù)程序,完成數(shù)據(jù)采集、報(bào)表打印、多媒體聲光報(bào)警等功能;從而很容易組成一個(gè)完備的上位機(jī)管理系統(tǒng);還可以和數(shù)據(jù)庫程序、人工智能程序、專家系統(tǒng)等進(jìn)行通信。而且組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)版支持真正客戶-服務(wù)器模式和Internet/Intranet瀏覽器技術(shù)、支持遠(yuǎn)程報(bào)警的各種報(bào)警方式和利用MODEM與當(dāng)?shù)仉娫挀芴?hào)上網(wǎng)通信等多種網(wǎng)絡(luò)形式。 　?。?）信息時(shí)代是一個(gè)聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用方面的遠(yuǎn)距離測點(diǎn)，難以構(gòu)成局域網(wǎng)，Internet解決方案和無線解決方案又容易受到速度、費(fèi)用、天氣等影響。根據(jù)本系統(tǒng)的要求及特點(diǎn)，本著節(jié)約有限經(jīng)費(fèi)我們決定不設(shè)服務(wù)器，利用組態(tài)王遠(yuǎn)程撥號(hào)的方案實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離聯(lián)網(wǎng)。其利用調(diào)制解調(diào)器（MODEM）及電話網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程撥號(hào)聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程撥號(hào)功能與組態(tài)王原有驅(qū)動(dòng)程序無縫連接，硬件設(shè)備端無需更改程序。利用便攜式計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程撥號(hào)能實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況及工藝參數(shù)，隨時(shí)打印，報(bào)警和歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳等功能;并可遠(yuǎn)程進(jìn)行故障診斷及維護(hù)等。 四、系統(tǒng)特點(diǎn)及功能實(shí)現(xiàn) 　　1、本系統(tǒng)是根據(jù)現(xiàn)我國一般蔗糖糖廠的實(shí)際工藝及監(jiān)控的參數(shù)情況，應(yīng)用分布式數(shù)據(jù)采集方式構(gòu)成的系統(tǒng)。系統(tǒng)由一個(gè)中心站（操作柜及監(jiān)控站）及四個(gè)子站組成。在中心站可集中監(jiān)測、顯示、管理系統(tǒng)全部數(shù)據(jù)及信息，而四個(gè)子站為四個(gè)數(shù)據(jù)采集站，分別分散在糖廠的四個(gè)車間，見下圖所示： [align=center] 圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　2、系統(tǒng)硬件為模塊化結(jié)構(gòu)，故系統(tǒng)可靈活地更換不同的功能模塊， 　　以進(jìn)行不同任務(wù)的系統(tǒng)組態(tài)，這對(duì)于系統(tǒng)的進(jìn)一步擴(kuò)張和功能的增加及修改是極為方便和有利的。 　　3、各子站的主要硬件采用ADAM（研華工控系統(tǒng)產(chǎn)品）模塊，為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展、操作、維護(hù)、以及系統(tǒng)的升級(jí)打下了良好的基礎(chǔ);同時(shí)該模塊本身帶有DC500V的光點(diǎn)隔離電路，采用差分輸入輸出，其傳輸線路采用屏蔽雙絞線電纜，以上措施將能較好地減少和避免外部信號(hào)的干擾，故系統(tǒng)有較好的抗干擾能力。 　　4、系統(tǒng)主機(jī)采用工控產(chǎn)品，故系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中可穩(wěn)定可靠連續(xù)的運(yùn)行;整個(gè)系統(tǒng)采用集中供電方式，中心站設(shè)置參數(shù)穩(wěn)壓電源，由此向設(shè)在各子站的隔離開關(guān)電源裝置送電，經(jīng)隔離開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的+24V、±12VDC以后供各子站模塊使用。 　　5、通過位于主站上的組態(tài)軟件“組態(tài)王”6.0的配置及組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各子站所對(duì)應(yīng)車間的設(shè)備工況及工藝參數(shù)的監(jiān)控及管理。充分滿足系統(tǒng)方案所提出的要求。 五、結(jié)束語 　　采用低成本自動(dòng)系統(tǒng)集成的方式,利用IPC的高可靠性、開放性及其豐富的軟、硬件資源,我們非常迅速地實(shí)現(xiàn)了該糖廠的工藝參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng);從硬件方面來說,使用成熟的、性價(jià)比高的ADAM模塊可以省去電路設(shè)計(jì)、制版、調(diào)試等一系列工作,縮短了硬件開發(fā)時(shí)間;而充分利用Windows平臺(tái)數(shù)據(jù)集成功能,發(fā)揮組態(tài)王在Windows平臺(tái)下的強(qiáng)大功能,可節(jié)省程序開發(fā)的工作量,縮短整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)間。 　　該系統(tǒng)于2001年底和2002年底在云南永德糖業(yè)集團(tuán)下屬的兩個(gè)企業(yè)-永德康甸糖業(yè)公司及永甸糖廠分別投運(yùn)以來,一直安全運(yùn)行,對(duì)這兩個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)及管理產(chǎn)生了積極的效果,改善了工作環(huán)境,降低了管理者及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,增強(qiáng)了生產(chǎn)現(xiàn)場的安全性,提高了產(chǎn)品質(zhì)量?？傊?經(jīng)過一年半的運(yùn)行考驗(yàn),證明系統(tǒng)是可靠的,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 參考文獻(xiàn) 　　1、Total Solution for PC-based Automation Automation with PCs ADVANTECH 　　2、組態(tài)王 6.0（KING VIEW VERSION 6.0）使用手冊 北京壓控科技發(fā)展有限公司 　　3、ADAM-4000 Series Data Acquisition Modules User‘s Manual 　　4、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用 繆爾康 主編 電子工業(yè)出版社