基于組態(tài)監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

張勇

摘 要：組態(tài)監(jiān)控軟件的使用，特別是MCGS組態(tài)軟件，可實(shí)現(xiàn)可編程控制器的圖形化顯示，提高了系統(tǒng)性能，保證了生產(chǎn)安全。本文從組態(tài)軟件概念入手，分析了MCGS組態(tài)軟件的功能特點(diǎn)，探討了基于組態(tài)監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：組態(tài)監(jiān)控;MSGS;設(shè)備管理運(yùn)行

工業(yè)自動(dòng)化已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使得自動(dòng)化程序的軟件和硬件設(shè)計(jì)日趨完善。利用MCGS組態(tài)軟件監(jiān)控PLC可實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)的高度自動(dòng)化，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)作業(yè)的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)，及時(shí)傳達(dá)各項(xiàng)指令，保證安全生產(chǎn)和高效運(yùn)行。

1 組態(tài)軟件與組態(tài)監(jiān)控概念

組態(tài)軟件，即組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件，源自國外數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）技術(shù)，在集散型控制系統(tǒng)，即DCS系統(tǒng)被廣泛的使用。一般意義上，自動(dòng)化技術(shù)人員將組態(tài)軟件定義為，以客戶需要為前提，通過靈活有效的組態(tài)方式，幫助用戶快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制所需要監(jiān)控等需求功能的軟件。工控機(jī)等PC使用組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，要比以往的專用系統(tǒng)更有優(yōu)勢?；诳焖侔l(fā)展的PC技術(shù)，相關(guān)技術(shù)在不斷的更新成熟中，且在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用PC，成本也較低。廣泛使用的Windows系統(tǒng)，在PC上可以設(shè)計(jì)安裝各樣適用的軟件，可以根據(jù)需要有針對性的更新硬件設(shè)備。

在工業(yè)控制系統(tǒng)中，組態(tài)軟件可以對監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行采集和控制，位于控制系統(tǒng)的監(jiān)控一層，組態(tài)形式更加靈活。并且組態(tài)監(jiān)控軟件可以提供給用戶監(jiān)控、通用層次的功能，支持常使用的工控設(shè)備和通信協(xié)議，根據(jù)需要可以提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)連接管理。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA通訊及聯(lián)網(wǎng)、對I/O設(shè)備等工業(yè)生產(chǎn)中需要使用到的部分，都可以使用組態(tài)監(jiān)控軟件。

2 MCGS組態(tài)軟件功能及特點(diǎn)分析

在DCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，組態(tài)監(jiān)控軟件被更多的工廠使用，而MCGS全中文組態(tài)軟件則是屬于使用較多的組態(tài)軟件。該系統(tǒng)環(huán)境基于流行的Windows XP設(shè)計(jì)，能夠很直觀地顯現(xiàn)圖形，也可以創(chuàng)建需要的復(fù)雜畫面，在可視化的開發(fā)環(huán)境下，對采集的參數(shù)設(shè)置、動(dòng)畫等，制作出直觀動(dòng)態(tài)效果圖;MCGS組態(tài)軟件能采集及時(shí)數(shù)據(jù)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的運(yùn)行，通過MCGS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的交換，構(gòu)成一個(gè)緊密的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)體;在MCGS內(nèi)，提供內(nèi)置的編程語言，編程語法和一般的Basic語言相近，且更為直觀簡便。這樣的語言可以根據(jù)實(shí)際需要，編寫特定的流程操作程序，組態(tài)軟件使用更靈活;MCGS軟件的使用，將工業(yè)設(shè)備與系統(tǒng)隔開，兩者在硬件上互相獨(dú)立。該系統(tǒng)中開放設(shè)備管理設(shè)置，使其能夠在更多的設(shè)備構(gòu)件上使用，可在不同硬件設(shè)備的驅(qū)動(dòng)管理。所以，具有諸多特點(diǎn)的MCGS軟件，在組態(tài)編程下，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制圖形顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控、預(yù)警，對需要到的報(bào)表進(jìn)行輸出、曲線繪制、安全提示等。而基于MCGS組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)，見圖1。

圖1 基于MCGS組態(tài)軟件的PLC監(jiān)控系統(tǒng)典型硬件結(jié)構(gòu)

在MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)下，PLC與工業(yè)IPC機(jī)等上位機(jī)間，使用RS232或RS485串行線路通信。PLC控制著工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備，包括執(zhí)行元件、傳感器等，上位機(jī)則負(fù)責(zé)監(jiān)控和一些控制，并實(shí)現(xiàn)無PLC狀態(tài)下的遠(yuǎn)程控制功能。在上位機(jī)中，裝有PLC配套編程軟件和MCGS組態(tài)軟件，二者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)在PLC工作下的圖形監(jiān)控。一旦工作現(xiàn)場出現(xiàn)設(shè)備異常，都可以在圖形上明確顯示并報(bào)警，實(shí)現(xiàn)故障排查和遠(yuǎn)程控制，保證了控制安全。

3 基于組態(tài)監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)組態(tài)層

基于組態(tài)監(jiān)控的設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)，在系統(tǒng)組態(tài)層的功能上，分為硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)組態(tài)、界面組態(tài)三個(gè)方面。硬件組態(tài)主要是對監(jiān)控的現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行邏輯定義，保證使用的設(shè)備可以正常運(yùn)行，通訊、監(jiān)控功能可用。在硬件組態(tài)下，用戶可以使用串口連接計(jì)算機(jī)和PLC設(shè)備，定義DDE、ODBC的邏輯設(shè)備，而其他遵循相應(yīng)規(guī)范的PC程序可作為邏輯設(shè)備;數(shù)據(jù)組態(tài)則主要負(fù)責(zé)對I/O變量的系統(tǒng)定義，和對監(jiān)控單元中間變量的定義。采集的數(shù)據(jù)，通過定義邏輯設(shè)備的ID、寄存器等，與設(shè)備數(shù)據(jù)聯(lián)系在一起，對多個(gè)監(jiān)控單元之間實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制要求;界面組態(tài)則是對設(shè)備檢測的數(shù)據(jù)顯示，對硬件控制方式進(jìn)行定義。在系統(tǒng)運(yùn)行中，直接表現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)值，或通過曲線、柱形表示變量圖表。并且該系統(tǒng)能給改編I/O變量的數(shù)值，包括直接修改和隱含修改，實(shí)現(xiàn)控制相關(guān)聯(lián)的中間變量的圖形單元的目的。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行層

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控服務(wù)器會(huì)通過硬件配置表和數(shù)據(jù)詞典，加載相對應(yīng)的硬件驅(qū)動(dòng)程序，并生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫，根據(jù)配置需求在預(yù)定時(shí)間采集數(shù)據(jù)。監(jiān)控客戶端身份確認(rèn)后，會(huì)生成監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映像，服務(wù)端和客戶端會(huì)不斷交換數(shù)據(jù)信息。在監(jiān)控界面中，圖形對象只是被動(dòng)的圖元，在界面組態(tài)層中會(huì)根據(jù)相關(guān)條件、動(dòng)作、狀態(tài)配置相關(guān)方案。對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)反饋，當(dāng)系統(tǒng)改變數(shù)據(jù)后，會(huì)在I/O設(shè)備端口寫入新數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳送到其他客戶端口，更新實(shí)時(shí)映像。

3.3 案例分析與效果

由于我公司是國內(nèi)唯一規(guī)?；煤嚮厥樟仙a(chǎn)鋰產(chǎn)品的企業(yè)，所以在鋰產(chǎn)品的生產(chǎn)中，對于MCGS組態(tài)軟件的使用，更有現(xiàn)實(shí)意義。相比較DCS系統(tǒng)組態(tài)，MCGS組態(tài)軟件在可編輯上更加可靠實(shí)用。以鋰電池生產(chǎn)線涂布控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為例，在實(shí)際生產(chǎn)中，基于PLC和MCGS的效果如何。我公司使用的MCGS組態(tài)軟件設(shè)備，在保留原有手動(dòng)動(dòng)能時(shí)，增添了多個(gè)生產(chǎn)設(shè)備傳感器，系統(tǒng)具備了自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)故障警報(bào)、處理建議等功能。在我公司鋰電池生產(chǎn)線涂布工藝流程的基礎(chǔ)上，引入PLC和MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

進(jìn)行涂布機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)置，前端的信號輸入，中間的CPU處理器，后端的信號輸出。烘箱溫度傳感器采集的信息傳送到PLC的A/D模塊，PLC按照設(shè)定程序，發(fā)送指令，進(jìn)行溫度報(bào)警控制。糾偏器和U型光纖傳感器，負(fù)責(zé)薄膜前進(jìn)的位置定位，糾偏涂布和正反的切換。使用廣電編碼器監(jiān)測電機(jī)時(shí)速，保證薄膜無斷裂發(fā)生。整個(gè)過程通過觸摸屏調(diào)控，包括涂布、系統(tǒng)、加熱調(diào)刀、操作推動(dòng)等等參數(shù)，同時(shí)在控制工作臺上裝有涂布、牽引、停止、加熱等等按鈕，實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行下的不同工作狀態(tài)的調(diào)控。

生產(chǎn)中先設(shè)定溫度90℃，濾波常數(shù)70%，微分增益為0.輸出上下限0-2s。自動(dòng)設(shè)定開啟，自動(dòng)設(shè)置參數(shù)，PID初始化，自動(dòng)調(diào)諧動(dòng)作確認(rèn)，加熱器工作。在MCGS的檢測下，系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)中。在對PLC工作狀態(tài)的監(jiān)控中，設(shè)計(jì)了簡單的組態(tài)程序，多個(gè)計(jì)算機(jī)圖形監(jiān)控界面，能夠與生產(chǎn)同步，且設(shè)計(jì)時(shí)間短，投入生產(chǎn)快，涂布機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。整個(gè)系統(tǒng)對于速度和位置的參數(shù)的控制要求較高，對于變頻器、伺服驅(qū)動(dòng)器等放卷收卷的過程的控制，都要去前后端保持一致。在一樣的速度下，避免張力不同而造成的薄膜帶斷裂發(fā)生。這是MCGS組態(tài)監(jiān)控軟件的優(yōu)勢，相比較以往的系統(tǒng)軟件，PLC和MCGS可以根據(jù)各傳感器反饋的數(shù)據(jù)，查看各部件運(yùn)行狀況的監(jiān)控畫面。在MCGS中寫入積分項(xiàng)，消除穩(wěn)態(tài)誤差，并使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器糾偏，提升了鋰電池涂布的效率。MCGS組態(tài)軟件還能夠?qū)收夏軌蜃龀鲎孕袌?bào)警，工作人員可以及時(shí)進(jìn)行急停處理，并根據(jù)提示解決故障，安全系數(shù)明顯提升，整體運(yùn)行效果較好，值得行業(yè)內(nèi)推廣。

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