1 引言 全自動(dòng)計(jì)量配料控制系統(tǒng)在各行業(yè)的應(yīng)用已屢見不鮮，如:冶金，有色金屬，化工，水泥建材，食品等行業(yè)。它是成品生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，特別是有連續(xù)供料要求的行業(yè)，其配比的過程控制直接影響了成品的質(zhì)量，它是企業(yè)取得最佳經(jīng)濟(jì)效益的先決條件。雖然行業(yè)各自不同的工藝特點(diǎn)對(duì)配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進(jìn)性，開放性，免維護(hù)性，可擴(kuò)展性是各行業(yè)所追求的一致目標(biāo)。隨著it技術(shù)的普及應(yīng)用，工廠自動(dòng)化將直接進(jìn)入e時(shí)代，其中計(jì)量自動(dòng)化scada也是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。 2 系統(tǒng)功能 基于以上目標(biāo)，我們?yōu)槟承袠I(yè)龍頭企業(yè)設(shè)計(jì)、制造了一套全自動(dòng)的多品種混合配料計(jì)量、預(yù)計(jì)量、輸送、金屬檢測(cè)、包裝計(jì)量、分選計(jì)量等功能的機(jī)電一體化生產(chǎn)線。其中動(dòng)態(tài)計(jì)量秤，通過二級(jí)現(xiàn)場(chǎng)總線，會(huì)同plc，hmi/ipc無縫地組成三位一體的閉環(huán)動(dòng)態(tài)配料系統(tǒng)，其中工控機(jī)經(jīng)hub及以太網(wǎng)連入工廠erp/mis。整個(gè)配料過程嚴(yán)格按照所選擇的配方比和流程進(jìn)行，并有多級(jí)報(bào)警記錄，完成不同原料混勻給料及物流控制，實(shí)現(xiàn)了管控一體化，優(yōu)化了過程控制的性能和效率。它將是一種目前基于fcs配料計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)的先進(jìn)解決方案，符合開方性的計(jì)量自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)。 本系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)工藝流程[/align] 3 系統(tǒng)配置 本系統(tǒng)下位機(jī)采用了三菱電機(jī)的melsec-a2sh系列plc為主控器，并配以got-f940觸摸屏為下位人機(jī)介面（hmi），計(jì)量控制由12臺(tái)上海大和衡器（shanghai yamato）的cfw定量給料機(jī)（constant feed weigher）組成。它們之間通過cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線聯(lián)網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制，來確保系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。上位機(jī)部分選擇研華ipc610工控機(jī)作為監(jiān)控站，配以microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系統(tǒng)和世界著名的監(jiān)控軟件citectscada 5.30為scada系統(tǒng)的軟件平臺(tái)環(huán)境，系統(tǒng)軟件具有豐富的流程操作、監(jiān)控、通訊、報(bào)警、管理、趨勢(shì)、報(bào)表記錄和冗余等功能，并具有較強(qiáng)的診斷能力。系統(tǒng)的硬件和軟件是控制系統(tǒng)的有機(jī)體，以上配置確保了系統(tǒng)完整性、一致性、兼容性和成套性，適應(yīng)在工業(yè)環(huán)境下能長期穩(wěn)定運(yùn)行，并具有電、磁、震抗干擾的能力，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行要求。 系統(tǒng)具有如下功能特點(diǎn): ·監(jiān)控生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及工藝流程; ·瀏覽各實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)畫面; ·處理反映各種過程報(bào)警和歷史報(bào)警; ·瀏覽查詢/打印實(shí)時(shí)/歷史生產(chǎn)報(bào)表; ·修改管理生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài); ·為企業(yè)決策者提供工廠底層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù); 本配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)配置如圖2所示。 [align=center] 圖2 配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)配置[/align] 3.1 下位機(jī)結(jié)構(gòu)及組成 在本工程中所采用的12臺(tái)cfw主要是來完成原料流量控制，其核心為cfc-200儀表，它集調(diào)節(jié)與演算為一體的多功能計(jì)量控制器，其中cpu為摩托羅拉68k系列，它集大和衡器出眾的儀表設(shè)計(jì)技術(shù)，具備足夠的抗干擾性能、多樣化接口、自診斷功能、自整定pi調(diào)節(jié)功能等特長，并配以上海大和c3級(jí)電阻應(yīng)變式荷重傳感器（loadcell）、安川電機(jī)的電流矢量型變頻器616g5和德國sew高性能變頻電機(jī)，組成一個(gè)完整的機(jī)電一體化產(chǎn)品，確保了計(jì)量和控制的準(zhǔn)確性，其系統(tǒng)精度達(dá)到±0.2%。 下位機(jī)選用三菱melsec-a plc共2臺(tái)組成雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，它具有先進(jìn)、高速、可靠、大容量的特點(diǎn)，其中plc1為主控，plc2為后備冗余，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，便可實(shí)行主備plc間的無擾切換，也可作為將來工程擴(kuò)充用。由于12臺(tái)cfw分布較分散，故選擇cc-link總線與plc相連。下位hmi為got940 lcd觸摸屏，以確保工藝數(shù)據(jù)正確和及時(shí)在上位pc監(jiān)控站和觸摸屏上得到雙重響應(yīng)和顯示，即使上位發(fā)生故障或失效，也不影響整個(gè)流程控制。觸摸屏的監(jiān)控畫面雖沒上位hmi豐富，但也基本覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控和操作。 3.2 cc-link概況 cc-link是三菱電機(jī)公司以高性能、低成本、多廠商支持為目標(biāo)于1996年推出的第二代開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，是control & communication link（控制與通信鏈路）的簡(jiǎn)稱，2000年11月，cc-link協(xié)會(huì)成立，專門負(fù)責(zé)cc-link在全球的普及和發(fā)展。 開放式現(xiàn)場(chǎng)總線cc-link具有性能卓越、應(yīng)用廣泛、使用簡(jiǎn)單、節(jié)省成本等突出的優(yōu)勢(shì)。cc-link采用雙絞線為連接介質(zhì)的主從結(jié)構(gòu)，最多支持64個(gè)從站，采用廣播論詢方式，最高可達(dá)到10mbps速度。plc或計(jì)算機(jī)作為cc-link主站，配以aj65sbt-rpt中繼器最遠(yuǎn)距離可達(dá)13.2km。網(wǎng)絡(luò)總線最大的循環(huán)數(shù)據(jù)容量為2048個(gè)點(diǎn)，512個(gè)字;最大瞬時(shí)傳送數(shù)據(jù)量為960字節(jié)。cc-link具有預(yù)約站功能、自動(dòng)刷新功能、即插即用功能和主站熱備、子站脫離、站上線回復(fù)、監(jiān)控測(cè)試等完備的ras機(jī)能。cc-link在使用上，硬件開關(guān)設(shè)置、接線（3芯屏蔽線）和系統(tǒng)組態(tài)（參數(shù)設(shè)定即可）都非常方便和簡(jiǎn)單。 目前cc-link支持多達(dá)360種設(shè)備，如:遠(yuǎn)程i/o、傳感器、稱重控制器、調(diào)節(jié)器、電磁閥、變頻器、觸摸屏等等。并得到220多家廠商支持，如:松下電工、大和衡器、橫河、西門子、digital、nec等等,cc-link也是目前唯一能與歐美現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)抗衡的亞洲產(chǎn)品。 上海大和的定量給料機(jī)（cfw）是作為遠(yuǎn)程設(shè)備從站形式連接cc-link現(xiàn)場(chǎng)總線的。 3.3 組態(tài)及編程 plc編程以三菱gx developer7.0為工具平臺(tái), 采用符號(hào)化的梯形圖編寫，并充分考慮系統(tǒng)資源，多用宏應(yīng)用，減少掃描時(shí)間，提高實(shí)時(shí)控制性。melsec-a plc為cc-link主站，由主站模塊a1sj61bt11控制從站（cfc-200控制器）的運(yùn)行和數(shù)據(jù)刷新，在網(wǎng)絡(luò)組態(tài)時(shí)，可將初始化程序通過plc來完成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備參數(shù)的設(shè)定，寫入主站的eeprom中，在運(yùn)行程序中，主從站之間的數(shù)據(jù)交換是自動(dòng)鏈接更新的，主cpu只需用from/to指令即可從緩沖存儲(chǔ)器中存取從設(shè)備信息。 上下位機(jī)的通信選用modbus通訊協(xié)議（rs485方式），網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是主從結(jié)構(gòu)，通信介質(zhì)為雙絞線，它是modicon公司早期所引用發(fā)展,是一種經(jīng)典開放的串行通信協(xié)議，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，是事實(shí)上的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。它支持21種功能代碼，并可與工廠中其它眾多廠商的不同產(chǎn)品進(jìn)行通訊。本系統(tǒng)中采用的modbus協(xié)議是以rtu（binary） 格式封裝，采用crc錯(cuò)誤校驗(yàn),可以較高的通信效率傳送信息。它的衍生協(xié)議modbus/tcp可應(yīng)用于ethernet設(shè)備間的通信，符合當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)。 3.4 監(jiān)控系統(tǒng)詳述 監(jiān)控系統(tǒng)是以citectscada 5.30 32位工控軟件為開發(fā)和運(yùn)行平臺(tái)，citect是世界領(lǐng)先的scada產(chǎn)品,它是基于windows nt平臺(tái)用于分布式控制系統(tǒng)的scada軟件，具有獨(dú)特的“可伸縮結(jié)構(gòu)”,它向用戶提供了極大的應(yīng)用靈活性和系統(tǒng)開方性，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，是當(dāng)今優(yōu)秀的自動(dòng)化軟件之一。 （1） citectscada citectscada內(nèi)置一個(gè)cicode腳本的實(shí)時(shí)多任務(wù)程序語言，利用它所提供的豐富函數(shù)庫，可靈活地開發(fā)出復(fù)雜的應(yīng)用程序，這是它優(yōu)于其它scada軟件的特點(diǎn)之一。監(jiān)控系統(tǒng)采用樹型結(jié)構(gòu)，具有多種畫面調(diào)用手段，以方便操作使用。系統(tǒng)畫面分菜單主頁，配料總貌監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控、配方管理、趨勢(shì)組記錄、報(bào)警組記錄、報(bào)表、操作日志、調(diào)試維護(hù)、幫助等畫面。為保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)提供多級(jí)用戶管理功能, 分為操作員、管理員和工程師三種權(quán)限，以保證系統(tǒng)的安全機(jī)制。在本配料監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)中，結(jié)合了實(shí)際工藝狀況和充分利用citectscada的特長，主要完成了配方設(shè)置、流程選擇和切換、流程聯(lián)鎖、流程起動(dòng)、順序停止、故障停止、流程報(bào)警、總量的定量控制、配料流量調(diào)節(jié)及產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)計(jì)算等功能。 （2） 系統(tǒng)界面 系統(tǒng)部分界面圖如圖3、圖4、圖5所示。 [align=center] 圖3 配料系統(tǒng)界面[/align] [align=center] 圖4 配料總貌界面 [/align] [align=center] 圖5 配方管理界面[/align] citectscada采取了c/s結(jié)構(gòu)方式，以輸入/輸出服務(wù)器（i/o server）形式經(jīng)以太網(wǎng)鏈路（tcp/ip協(xié)議）連入工廠erp/mis，citect提供了dde/netdde，opc，odbc/sql，com/dcom,ctapi等通用方法實(shí)現(xiàn)基于windows應(yīng)用程序和i/o之間的數(shù)據(jù)交換。本配料系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)以odbc/sql方式訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器microsoft sql server 7.0。而實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換,選用citectscada所提供的ctapi接口，它適合多種數(shù)據(jù)交換，使用更為靈活，它避免了各應(yīng)用程序的代碼冗余，提高了內(nèi)存的利用率，它以dll函數(shù)提供外部的應(yīng)用程序（vb，vc++等）接口，使用戶應(yīng)用程序可直接對(duì)citectscada的tag變量進(jìn)行操作，并支持通過tcp/ip的遠(yuǎn)程ole api功能。 （3） vb調(diào)用dll函數(shù)的步驟，按先聲明后調(diào)用的步驟: vb調(diào)用dll函數(shù)的步驟，按先聲明后調(diào)用原則: ·public declare function ctopen lib"ctapi.dll"（byval scomputer as string, byval suser as string, byval spassword as string, byval nmode as long） as long. ·public declare function cttagwrite lib"ctapi.dll"（byval hctapi as long, byval stag as string, byval svalue as string） as long. ·public declare function cttagread lib"ctapi.dll"（byval hctapi as long, byval stag as string, byval svalue as string, byval dwlength as long） as long. ctopen（）:連接citect api. cttagread（）:讀出citect i/o 變量. cttagwrite（）:寫入citect i/o 變量. 從上可見dll函數(shù)使用類似于vb自己的函數(shù)應(yīng)用，非常簡(jiǎn)單?？墒褂脩敉ㄟ^內(nèi)部企業(yè)網(wǎng)上任何一臺(tái)工作站來監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和查詢歷史數(shù)據(jù)。 4 實(shí)施總結(jié) 本配料系統(tǒng)投入運(yùn)行至今已三年多，系統(tǒng)十分穩(wěn)定可靠，操作維護(hù)容易，項(xiàng)目實(shí)施中的體會(huì): （1） cc-link作為第二代開放式現(xiàn)場(chǎng)總線，本系統(tǒng)中采用國產(chǎn)通信屏蔽電纜，在現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境中一次開通成功，通信速度達(dá)10mbps。 （2） citectscada 5.30的配方（recipe）功能由腳本語言cicode編程來擴(kuò)充完成。而其最新版本citectscada已將cirecipe以activex控件形式集成在標(biāo)準(zhǔn)配置內(nèi)，從而大大提高了組態(tài)效率。 （3） 為今后系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。 5 結(jié)束語 綜上所述，基于開方式現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品配以plc/pc及工控軟件所組成的scada系統(tǒng)架構(gòu)，具有靈活多樣性、先進(jìn)性、開方性、實(shí)施周期短、成本（包括運(yùn)行、維護(hù)、升級(jí)等成本）低等特點(diǎn)，它可將來自不同公司的不同類型產(chǎn)品無縫地自由組合成一體，并以一體化的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了安全、透明、經(jīng)濟(jì)的需要。其中以現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合以太網(wǎng)的解決方案是今后自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展的主流和熱點(diǎn)，相信在各行業(yè)的使用將越來越多。 參考文獻(xiàn) [1] 陽憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用[m]. 北京:清華大學(xué)出版社，1999. [2] 覃 強(qiáng). 源于亞洲，面向世界的開方式現(xiàn)場(chǎng)總線[j]. 國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2001,（5）. 作者簡(jiǎn)介 鐘 華（1964-） 男 上海大和衡器有限公司電氣工程師，主要從事于稱重及自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)、研究和應(yīng)用工作。