現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在廠(chǎng)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

曹 石 王偉東

（保定職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 保定071000）

0 引言

國(guó)內(nèi)某大型企業(yè)，以生產(chǎn)汽車(chē)、計(jì)算機(jī)等電器所需的二極管為主。雖然二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、價(jià)格低，但是在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)工工藝卻比較復(fù)雜，并且在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境的要求十分嚴(yán)格，比如溫度、濕度等，一旦這些條件不滿(mǎn)足，不合格產(chǎn)品率很高。但是由于二極管的物理結(jié)構(gòu)所限很難全部精確檢驗(yàn)，一旦這些不合格產(chǎn)品流入到下一級(jí)生產(chǎn)市場(chǎng)中，會(huì)導(dǎo)致其他產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題。因此為了確保生產(chǎn)質(zhì)量，加強(qiáng)本公司產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，設(shè)計(jì)并部署一套廠(chǎng)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)是很有必要的。該監(jiān)控系統(tǒng)可以將生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)境的參數(shù)集中監(jiān)控起來(lái)，使工作人員能夠?qū)崟r(shí)的了解生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題能夠及時(shí)做出響應(yīng)，排除隱患，提高產(chǎn)品的合格率。

1 信號(hào)組成

廠(chǎng)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)主要服務(wù)對(duì)象是生產(chǎn)輔助設(shè)備及輔助條件,這里不包括元器件的生產(chǎn)設(shè)備。該廠(chǎng)半導(dǎo)體生產(chǎn)主要需要的一些輔助設(shè)備及條件包括：

工廠(chǎng)配電設(shè)備；

負(fù)責(zé)在冬天保持環(huán)境溫度的鍋爐供水系統(tǒng)；

負(fù)責(zé)在夏天平抑環(huán)境溫度的空調(diào)系統(tǒng)；

冷卻水及冰水系統(tǒng)；

為保持空氣溫度及相對(duì)濕度而建立的新風(fēng)系統(tǒng)；

生產(chǎn)設(shè)備所需的壓縮空氣；

生產(chǎn)設(shè)備所需的高壓水；

消防系統(tǒng)。

以上系統(tǒng)所需采集的信號(hào)大致可分為以下幾種：

壓力信號(hào)；

流量信號(hào)；

液位信號(hào)；

溫度信號(hào)；

濕度信號(hào)；

露點(diǎn)信號(hào)；

電壓,電流信號(hào)；

功率,功率因數(shù),電量信號(hào)。

2 硬件組成

根據(jù)生產(chǎn)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況,決定采用西門(mén)子公司S7-400型PLC承擔(dān)信號(hào)采集工作,又根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)將要采集的信號(hào)位置分散的特點(diǎn),采用了西門(mén)子公司Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中的遠(yuǎn)程I/O即DP技術(shù)。各傳感器信號(hào)就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場(chǎng)接線(xiàn)工作,并且因?yàn)樽呔€(xiàn)距離短,可以減少信號(hào)衰減和各種干擾對(duì)信號(hào)的影響。

作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心的人機(jī)交互系統(tǒng),采用西門(mén)子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)顯示器作為人機(jī)交流的物理介質(zhì),計(jì)算機(jī)上除運(yùn)行Windows NT操作系統(tǒng)外還運(yùn)行西門(mén)子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件作為人機(jī)界面,通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕將組態(tài)的信息以文本,畫(huà)面,報(bào)警等多種形式呈現(xiàn)給管理人員。

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)特性

監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)采用Profibus網(wǎng)絡(luò),Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應(yīng)用的為DP方式。DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從結(jié)構(gòu),一條DP網(wǎng)可包含一個(gè)主站和最多126個(gè)從站,網(wǎng)絡(luò)傳輸距離在不使用中繼器的情況下可 達(dá)到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S-12Mbit/S可選。

本監(jiān)控系統(tǒng)的Profibus DP主站為S7-400PLC,從站是分布于全廠(chǎng)的8個(gè)ET200M子站,它們之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽雙絞線(xiàn)連接,其中由于第5與第6和第7號(hào)站之間的距離比較遠(yuǎn),為保證通訊速率及可靠性,我們?cè)谶@三個(gè)子站之間增加了兩個(gè)中繼器以確保設(shè)計(jì)傳輸速率1.5M。在所監(jiān)控的設(shè)備中包含有ATLAS公司的空壓機(jī)和施耐德公司的中壓控制器,此兩種設(shè)備中預(yù)裝有施耐德公司的MODBUS通訊模板,為在實(shí)現(xiàn)功能的前提下盡量減少用戶(hù)的負(fù)擔(dān),我們采用西門(mén)子公司的CP341通訊模板直接與此兩種設(shè)備通過(guò)MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊,MODBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與Profibus DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類(lèi)似也為主從結(jié)構(gòu),一個(gè)主站可以連接32個(gè)從站,通訊速率為9.6Kbit/S-38.4Kbit/S可選。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1：

圖1

4 通訊網(wǎng)絡(luò)配置

——網(wǎng)絡(luò)配置分為軟件配置和硬件配置兩部分,軟件部分通過(guò)STEP7編程軟件對(duì)S7-400 CPU414-2DP進(jìn)行配置包括通訊速率,子站數(shù)量及站地址等。當(dāng)軟件配置完成后,各接入的監(jiān)控信號(hào)在CPU中的對(duì)應(yīng)地址將會(huì)自動(dòng)生成。硬件配置主要是將各ET200M子站的接口模塊IM153上的地址撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置成與軟件設(shè)置相同。MODBUS的軟件設(shè)置較復(fù)雜,除了要設(shè)置通訊地址及通訊速率外,因?yàn)槭怯肅P341做主站,因此還要對(duì)CP341做特殊的設(shè)置,包括對(duì)CP341進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序下載。此監(jiān)控系統(tǒng)中的MODBUS網(wǎng)絡(luò)在物理介質(zhì)上也采用了屏蔽雙絞線(xiàn),在總線(xiàn)的末端接入120歐姆做為終端電阻。

5 監(jiān)控功能簡(jiǎn)介

本監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)控內(nèi)容按照所接入的Profibus分站分為八個(gè)部分。每個(gè)分站均含有一幅或幾幅畫(huà)面用來(lái)顯示要監(jiān)視的信號(hào),這些信號(hào)有些把實(shí)際數(shù)值直接顯示在屏幕上。

系統(tǒng)提供了全部被監(jiān)視信號(hào)在最近半年或一年的過(guò)程值的連續(xù)記錄,并可以通過(guò)連續(xù)曲線(xiàn)圖表現(xiàn)于歷史查詢(xún)畫(huà)面中,每個(gè)畫(huà)面中均有一個(gè)或幾個(gè)曲線(xiàn)圖窗口,窗口包括過(guò)程值的數(shù)值坐標(biāo),時(shí)間坐標(biāo),在當(dāng)前時(shí)間坐標(biāo)內(nèi)的變化曲線(xiàn),并有趨勢(shì)圖設(shè)置菜單條，包括模板調(diào)整、時(shí)間范圍設(shè)定、局部放大等功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)為用戶(hù)提供了及時(shí)與詳盡的故障報(bào)警,報(bào)警共分為三個(gè)等級(jí),按照故障的主次程度排列,與生產(chǎn)關(guān)系最緊密的設(shè)備故障或最重要的過(guò)程值超過(guò)設(shè)定值被列為一級(jí)報(bào)警。二級(jí)、三級(jí)報(bào)警依次類(lèi)推。對(duì)于一級(jí)報(bào)警，系統(tǒng)除在報(bào)警畫(huà)面中作出相應(yīng)提示外，還以警鈴與警燈提醒用戶(hù)報(bào)警的嚴(yán)重性。如果發(fā)生第二級(jí)報(bào)警，系統(tǒng)除在報(bào)警畫(huà)面中作出相應(yīng)提示外，還以警燈提醒用戶(hù)這是次一級(jí)的報(bào)警。對(duì)于第三級(jí)報(bào)警，系統(tǒng)只在報(bào)警畫(huà)面中作出相應(yīng)提示。

系統(tǒng)提供方便的打印功能,能夠?qū)⒈O(jiān)控值的瞬時(shí)值按照順序打印出來(lái),也可將某一過(guò)程值在某一時(shí)間段內(nèi)的變化曲線(xiàn)打印出來(lái)。

6 結(jié)束

本廠(chǎng)務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)采集可靠,網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定,人機(jī)界面清晰明確,為設(shè)備管理人員把握設(shè)備狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及總結(jié)設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)提供了極大的幫助。該系統(tǒng)適于其它設(shè)備分散，又需要對(duì)設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控的場(chǎng)合。

［1］西門(mén)子公司 SIMATIC HMI WinCC使用操作手冊(cè) V5.0 2001[Z].

［2］西門(mén)子公司 SIMATIC NET PROFIBUS使用操作手冊(cè) 2001[Z].