計控一體化計算機管理系統(tǒng)

隨著自動控制技術(shù)的日趨成熟，生產(chǎn)過程由原來的人工操作過渡到自動化生產(chǎn)管理，但由于自動控制系統(tǒng)的分步進行，沒有建立全廠統(tǒng)一的監(jiān)控管理系統(tǒng)，給生產(chǎn)造成困難。如果建立一種計控一體化計算機管理系統(tǒng)，將現(xiàn)場控制系統(tǒng)以及各分散的檢測儀表與管理計算機連接起來，現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接進入計算機，能實現(xiàn)定時進行統(tǒng)計與報表生成，將會使生產(chǎn)管理水平得到進一步提高，大大減輕人員勞動強度。事實上，建構(gòu)這樣一個管理系統(tǒng)投資小，功效大，不僅是必要的，而且是可行的。 一、目標和任務(wù) 在天合公司，現(xiàn)有大量的計量、檢測儀表，分別安裝于變電站、水處理、鍋爐、打葉復(fù)烤、預(yù)壓打包等生產(chǎn)過程。對計算機管理系統(tǒng)提出以下要求：(1)能將不同的控制系統(tǒng)、分散的檢測儀表連接到管理計算機；(2)能兼容不同的通信協(xié)議，如TCP/IP、RS-485、RS-232等；(3)布線簡單，距離遠的地方，采用無線通信；(4)投資小，性能可靠，維護管理方便；(5)能顯示和記錄運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，同時提供歷史狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)的檢索功能；(6)能自動生成報表，具有打印、存儲和網(wǎng)上瀏覽等功能；(7)對儀表的運行狀態(tài)具有分析判斷、報警提示功能；(8)本系統(tǒng)應(yīng)該記錄每臺儀表的技術(shù)參數(shù)，以便于查詢或更換。 二、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要根據(jù)管理要求、現(xiàn)有控制設(shè)備情況、現(xiàn)場儀表、計算機的距離等因素決定。對于鍋爐控制系統(tǒng)和打葉復(fù)烤控制系統(tǒng)，采用網(wǎng)絡(luò)通信方式，其他則采用接口模塊轉(zhuǎn)換與無線通信方式。管理計算機采用無線通信方式可避免長距離的布線，以及為布線而進行的大量工作，并且能減少投入。采用以太網(wǎng)通信方式，可省去接口模塊，既可靠又省錢。 無線通信方式為：現(xiàn)場儀表的模擬量信號或數(shù)字量信號，傳入AI模塊或DI模塊后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且以RS-485串行通信方式進行傳輸，串行信號送入無線信號發(fā)送器，以一定頻段的微波方式進行發(fā)送，接收器接收后，轉(zhuǎn)換成RS-232信號，送入管理計算機。 網(wǎng)絡(luò)通信方式為：每臺具有TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信功能的控制器，都有一個IP地址，并且要求IP地址是唯一的，這樣才能保證系統(tǒng)通信的正常進行。這種通信方式與兩臺計算機的通信無異。過程的檢測信號由控制器進行采集、轉(zhuǎn)換、處理，并存儲于各數(shù)據(jù)寄存器中，管理計算機要讀取這些數(shù)據(jù)時，只須在組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)變量中，填入控制器的名稱、數(shù)據(jù)寄存器地址、變量類型等即可。 計算機管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓撲圖如圖1所示。 三、系統(tǒng)硬件配置 計算機管理系統(tǒng)硬件配置采用臺灣研華公司的工業(yè)計算機作主機，具有很強的抗干擾功能，確保計算機正常運行。信號的采集和傳輸采用臺灣威達公司的NUDAM分布式模塊，本模塊十分適合儀表安裝地點分散的情況，其采用RS-485通信協(xié)議，傳輸距離達1.2km，僅采用兩根導(dǎo)線，可將所有的模塊與計算機連接起，管理系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備如下。 主機：臺灣研華工業(yè)計算機，具有故障自動復(fù)位功能。具體配置為：機箱PCI-610，主板PSC-1611，CPU PⅢ1.0G，內(nèi)存256M，硬盤60G，顯存32M，光驅(qū)52X，軟驅(qū)1.44MB，103鍵盤，光電鼠標，監(jiān)視器17英寸。 打印機：HP LASERJET 6L PRO激光式打印機。 NUDAM-7017 AI模塊：8通道模擬量輸入模塊，其中6個差動，2個單端。精度為16位；輸入范圍為：+ /-150mV， + /-500mV， + /-1V， + /-2.5V + /-10V，+ /-20mV；采樣頻率為10Hz。中國資產(chǎn)管理網(wǎng) NUDAM-7014 AI模塊：1通道差動模擬量輸入模塊，精度為16位；輸入范圍為：+/-150mV，+/-500 mV，+/-1 V，+/-2.5V ，+ /-10V，+ /-20mV；采樣頻率為10Hz；支持+15V環(huán)路電壓的變壓器線性輸入轉(zhuǎn)換。 NUDAM-7503 DI模塊：16路數(shù)字量輸入模塊，輸入高電平為4~30V，輸入低電平為0~1V。 SST-2400EXT 無線通信模塊：基于序列發(fā)射頻譜和射頻技術(shù)，發(fā)射頻率2.45GHz，通道數(shù)為8；發(fā)射功率為0.1W；基本通信距離300m，如要求更長的距離，需要中繼。 NUDAM-7520信號轉(zhuǎn)換模塊：由于計算機的通信為RS-232協(xié)議，而模塊的通信為RS-485協(xié)議，因此在信號進入計算機之前，必須轉(zhuǎn)換為RS-232，同樣，計算機將信號傳給模塊之前，也必須轉(zhuǎn)換為RS-485。NUDAM-7520為RS-232/485轉(zhuǎn)換模塊，在無中繼時，網(wǎng)上可掛256個模塊，具有3000V的隔離功能，支持多種傳輸速度和多數(shù)據(jù)格式。 網(wǎng)卡：采用3 COM 509B網(wǎng)卡，10M/100M自適應(yīng)模塊，以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)速度。 四、組態(tài)軟件 目前，組態(tài)軟件一般運行在Windows平臺上，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“監(jiān)控管理系統(tǒng)”，在任何需要的時候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息實時地傳送到監(jiān)控室。 目前，比較著名的組態(tài)軟件有：美國INTELUSION公司的FIX組態(tài)軟件，澳大利亞CIT公司的CITECT組態(tài)軟件，以及國內(nèi)亞控公司的KINGVIEW組態(tài)軟件。但從現(xiàn)場控制設(shè)備及監(jiān)控裝置考慮，F(xiàn)IX和CITECT都適合，但從界面的美觀、報表功能考慮，選用CITECT最為合適。CITECT在國內(nèi)已流行近十年，由于其支持的硬件設(shè)備眾多、功能強大、性能可靠、使用方便，很受開發(fā)人員的歡迎，目前已發(fā)行中文版。 CITECT組態(tài)軟件由組態(tài)工具、運行程序、在線幫助等組成。組態(tài)工具用于圖形的制作、數(shù)據(jù)變量的生產(chǎn)、報表的生成、軟件編譯、通信的組態(tài)等。運行程序就是使完成的組態(tài)軟件按組態(tài)的要求運行。在線幫助提供隨時的幫助，使用人員在需要的時候可隨時打開。 本監(jiān)控軟件組態(tài)開發(fā)主要分為以下幾個步驟： 1．變量數(shù)據(jù)庫的建立。首先根據(jù)管理計算機連接的控制設(shè)備或接口模塊，創(chuàng)建通信設(shè)備名稱，同時進行組態(tài)。組態(tài)內(nèi)容包括：設(shè)備名稱、IP地址或模塊地址、通信協(xié)議等；然后，創(chuàng)建數(shù)據(jù)變量。數(shù)據(jù)變量按數(shù)據(jù)來源來分，分為內(nèi)部變量和外部變量。內(nèi)部變量為不與外部設(shè)備發(fā)生直接聯(lián)系的變量，外部變量為直接與外部設(shè)備發(fā)生聯(lián)系的變量。按變量的類型來分，又分為模擬變量和數(shù)字變量。外部變量的組態(tài)主要包括：設(shè)備名稱、變量名稱、數(shù)據(jù)地址、數(shù)據(jù)范圍、變量類型等。變量數(shù)據(jù)庫非常重要，因為所有外部的數(shù)據(jù)都依賴于它。 2．圖形畫面的建立。可利用圖形元件庫以及繪圖功能進行圖形畫面的建立。對于一些動畫功能，如GIF格式的動畫文件，可在其他軟件繪制完成后調(diào)入使用。對于一些需要進行操作的元件，如顯示數(shù)據(jù)、按鍵等，可進行語言編程，以完成各種任務(wù)。畫面主要分為：設(shè)備流程畫面、實時趨勢畫面、歷史趨勢畫面、報警畫面等。 3．報表的建立。報表也是本計算機管理系統(tǒng)最重要的內(nèi)容之一，CITECT雖然提供強大的報表功能，但要建立復(fù)雜的報表系統(tǒng)，仍不太方便。本系統(tǒng)采用EXCEL 200進行報表的產(chǎn)生、計算、打印，利用DDE數(shù)據(jù)交換方式，使EXCEL與CITECT講行數(shù)據(jù)交換，并利用EXCEL非常強大的制表功能，買現(xiàn)復(fù)雜的報表。報表分為班報表、日報表、月報表。報表設(shè)有自動／手動方式，可根據(jù)需要進行選擇。 4．網(wǎng)絡(luò)共享。由于要完全實現(xiàn)計算機管理系統(tǒng)的共享，需要購買組態(tài)軟件使用權(quán)，這樣增大了投入，對于多臺計算機共享，投資很大。事實上許多部門只需要生產(chǎn)報表，因此，可采用報表文件存儲和設(shè)置共享的辦法，實現(xiàn)報表的網(wǎng)絡(luò)共享。 五、結(jié)束語 計控一體化是目前自動化生產(chǎn)的一種需要，也是今后自動化發(fā)展的趨勢。采用本文介紹的計控一體化計算機管理系統(tǒng)，具有技術(shù)先進、性能可靠、價格較低、功能強大、性價比高等特點，能適用于各種自動化程度的廠家，它不僅適用于自動化系統(tǒng)和儀表的管理，也適用于過程控制。