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基于现场总线的配料监控系统的设计与实现_5

发表于:2019-11-13 15:05 作者:新闻小编 来源:新闻小编

1 引言

  全自动计量配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜,如:冶金,有色金属,化工,水泥建材,食品等行业。它是成品生产的首要环节,特别是有连续供料要求的行业,其配比的过程控制直接影响了成品的质量,它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同,但其高可靠性,先进性,开放性,免维护性,可扩展性是各行业所追求的一致目标。随着it技术的普及应用,工厂自动化将直接进入e时代,其中计量自动化scada也是一个重要的环节。

2 系统功能

  基于以上目标,我们为某行业龙头企业设计、制造了一套全自动的多品种混合配料计量、预计量、输送、金属检测、包装计量、分选计量等功能的机电一体化生产线。其中动态计量秤,通过二级现场总线,会同plc,hmi/ipc无缝地组成三位一体的闭环动态配料系统,其中工控机经hub及以太网连入工厂erp/mis。整个配料过程严格按照所选择的配方比和流程进行,并有多级报警记录,完成不同原料混匀给料及物流控制,实现了管控一体化,优化了过程控制的性能和效率。它将是一种目前基于fcs配料计量监控系统的先进解决方案,符合开方性的计量自动化发展趋势。

  本系统工艺流程如图1所示。

3 系统配置

  本系统下位机采用了三菱电机的melsec-a2sh系列plc为主控器,并配以got-f940触摸屏为下位人机介面(hmi),计量控制由12台上海大和衡器(shanghai yamato)的cfw定量给料机(constant feed weigher)组成。它们之间通过cc-link现场总线联网,以实现数据采集与控制,来确保系统的可靠性和实时性。上位机部分选择研华ipc610工控机作为监控站,配以microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系统和世界著名的监控软件citectscada 5.30为scada系统的软件平台环境,系统软件具有丰富的流程操作、监控、通讯、报警、管理、趋势、报表记录和冗余等功能,并具有较强的诊断能力。系统的硬件和软件是控制系统的有机体,以上配置确保了系统完整性、一致性、兼容性和成套性,适应在工业环境下能长期稳定运行,并具有电、磁、震抗干扰的能力,保证了整个系统的安全运行要求。

  系统具有如下功能特点:

  监控生产现场的实时数据及工艺流程;

  浏览各实时/历史趋势画面;

  处理反映各种过程报警和历史报警;

  浏览查询/打印实时/历史生产报表;

  修改管理生产过程参数和状态;

  为企业决策者提供工厂底层实时数据;

  本配料系统结构与网络配置如图2所示。

  3.1 下位机结构及组成

  在本工程中所采用的12台cfw主要是来完成原料流量控制,其核心为cfc-200仪表,它集调节与演算为一体的多功能计量控制器,其中cpu为摩托罗拉68k系列,它集大和衡器出众的仪表设计技术,具备足够的抗干扰性能、多样化接口、自诊断功能、自整定pi调节功能等特长,并配以上海大和c3级电阻应变式荷重传感器(loadcell)、安川电机的电流矢量型变频器616g5和德国sew高性能变频电机,组成一个完整的机电一体化产品,确保了计量和控制的准确性,其系统精度达到0.2%。

  下位机选用三菱melsec-a plc共2台组成双机冗余结构,它具有先进、高速、可靠、大容量的特点,其中plc1为主控,plc2为后备冗余,当发生故障时,便可实行主备plc间的无扰切换,也可作为将来工程扩充用。由于12台cfw分布较分散,故选择cc-link总线与plc相连。下位hmi为got940 lcd触摸屏,以确保工艺数据正确和及时在上位pc监控站和触摸屏上得到双重响应和显示,即使上位发生故障或失效,也不影响整个流程控制。触摸屏的监控画面虽没上位hmi丰富,但也基本覆盖整个系统的监控和操作。

  3.2 cc-link概况

  cc-link是三菱电机公司以高性能、低成本、多厂商支持为目标于1996年推出的第二代开放式现场总线,是control communication link(控制与通信链路)的简称,2000年11月,cc-link协会成立,专门负责cc-link在全球的普及和发展。

  开放式现场总线cc-link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出的优势。cc-link采用双绞线为连接介质的主从结构,最多支持64个从站,采用广播论询方式,最高可达到10mbps速度。plc或计算机作为cc-link主站,配以aj65sbt-rpt中继器最远距离可达13.2km。网络总线最大的循环数据容量为2048个点,512个字;最大瞬时传送数据量为960字节。cc-link具有预约站功能、自动刷新功能、即插即用功能和主站热备、子站脱离、站上线回复、监控测试等完备的ras机能。cc-link在使用上,硬件开关设置、接线(3芯屏蔽线)和系统组态(参数设定即可)都非常方便和简单。

  目前cc-link支持多达360种设备,如:远程i/o、传感器、称重控制器、调节器、电磁阀、变频器、触摸屏等等。并得到220多家厂商支持,如:松下电工、大和衡器、横河、西门子、digital、nec等等,cc-link也是目前唯一能与欧美现场总线标准抗衡的亚洲产品。

  上海大和的定量给料机(cfw)是作为远程设备从站形式连接cc-link现场总线的。

  3.3 组态及编程

  plc编程以三菱gx developer7.0为工具平台,采用符号化的梯形图编写,并充分考虑系统资源,多用宏应用,减少扫描时间,提高实时控制性。melsec-a plc为cc-link主站,由主站模块a1sj61bt11控制从站(cfc-200控制器)的运行和数据刷新,在网络组态时,可将初始化程序通过plc来完成网络设备参数的设定,写入主站的eeprom中,在运行程序中,主从站之间的数据交换是自动链接更新的,主cpu只需用from/to指令即可从缓冲存储器中存取从设备信息。

  上下位机的通信选用modbus通讯协议(rs485方式),网络结构是主从结构,通信介质为双绞线,它是modicon公司早期所引用发展,是一种经典开放的串行通信协议,在工业控制领域应用非常广泛,是事实上的工业网络标准。它支持21种功能代码,并可与工厂中其它众多厂商的不同产品进行通讯。本系统中采用的modbus协议是以rtu(binary)格式封装,采用crc错误校验,可以较高的通信效率传送信息。它的衍生协议modbus/tcp可应用于ethernet设备间的通信,符合当今网络发展趋势。

  3.4 监控系统详述

  监控系统是以citectscada 5.30 32位工控软件为开发和运行平台,citect是世界领先的scada产品,它是基于windows nt平台用于分布式控制系统的scada软件,具有独特的可伸缩结构,它向用户提供了极大的应用灵活性和系统开方性,在工业自动化领域有着广泛的应用,是当今优秀的自动化软件之一。

  (1) citectscada

  citectscada内置一个cicode脚本的实时多任务程序语言,利用它所提供的丰富函数库,可灵活地开发出复杂的应用程序,这是它优于其它scada软件的特点之一。监控系统采用树型结构,具有多种画面调用手段,以方便操作使用。系统画面分菜单主页,配料总貌监控、设备监控、配方管理、趋势组记录、报警组记录、报表、操作日志、调试维护、帮助等画面。为保证系统的安全可靠运行,监控系统提供多级用户管理功能,

  分为操作员、管理员和工程师三种权限,以保证系统的安全机制。在本配料监控系统的开发中,结合了实际工艺状况和充分利用citectscada的特长,主要完成了配方设置、流程选择和切换、流程联锁、流程起动、顺序停止、故障停止、流程报警、总量的定量控制、配料流量调节及产量统计计算等功能。

  (2) 系统界面

  系统部分界面图如图3、图4、图5所示。

  citectscada采取了c/s结构方式,以输入/输出服务器(i/o server)形式经以太网链路(tcp/ip协议)连入工厂erp/mis,citect提供了dde/netdde,opc,odbc/sql,com/dcom,ctapi等通用方法实现基于windows应用程序和i/o之间的数据交换。本配料系统中的历史数据以odbc/sql方式访问数据库服务器microsoft sql server 7.0。而实时数据的交换,选用citectscada所提供的ctapi接口,它适合多种数据交换,使用更为灵活,它避免了各应用程序的代码冗余,提高了内存的利用率,它以dll函数提供外部的应用程序(vb,vc++等)接口,使用户应用程序可直接对citectscada的tag变量进行操作,并支持通过tcp/ip的远程ole api功能。

  (3) vb调用dll函数的步骤,按先声明后调用的步骤:

  vb调用dll函数的步骤,按先声明后调用原则:

  public declare function ctopen libctapi.dll(byval scomputer as string, byval suser as string, byval spassword as string, byval nmode as long) as long.

  public declare function cttagwrite libctapi.dll(byval hctapi as

  long, byval stag as string, byval svalue as string) as long.

  public declare function cttagread libctapi.dll(byval hctapi as

  long, byval stag as string,

  byval svalue as string, byval dwlength as long) as long.

  ctopen():连接citect api.

  cttagread():读出citect i/o 变量。

  cttagwrite():写入citect i/o 变量。

  从上可见dll函数使用类似于vb自己的函数应用,非常简单。可使用户通过内部企业网上任何一台工作站来监控实时数据和查询历史数据。

4 实施总结

  本配料系统投入运行至今已三年多,系统十分稳定可靠,操作维护容易,项目实施中的体会:

  (1) cc-link作为第二代开放式现场总线,本系统中采用国产通信屏蔽电缆,在现场恶劣环境中一次开通成功,通信速度达10mbps。

  (2) citectscada

  5.30的配方(recipe)功能由脚本语言cicode编程来扩充完成。而其最新版本citectscada已将cirecipe以activex控件形式集成在标准配置内,从而大大提高了组态效率。

  (3) 为今后系统功能的扩充。

5 结束语

  综上所述,基于开方式现场总线产品配以plc/pc及工控软件所组成的scada系统架构,具有灵活多样性、先进性、开方性、实施周期短、成本(包括运行、维护、升级等成本)低等特点,它可将来自不同公司的不同类型产品无缝地自由组合成一体,并以一体化的网络平台技术为基础,实现了安全、透明、经济的需要。其中以现场总线结合以太网的解决方案是今后自动化领域发展的主流和热点,相信在各行业的使用将越来越多。

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