引言

  　  瓦楞紙板作為目前使用普遍的包裝材料爵林，廣泛用于電器產(chǎn)品觅霉、日常用品等包裝。在現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化水平相對落后和工業(yè)臣环、經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展的我國绑警，橫切機(jī)和堆疊機(jī)等機(jī)組組成連續(xù)生產(chǎn)工藝過程。目前國內(nèi)瓦楞紙板生產(chǎn)化處于相對落后狀態(tài)央渣。

1 導(dǎo)語

  　  DCS分散控制系統(tǒng)(又稱集散控制计盒、分布式控制系統(tǒng))，是在單回路微機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的芽丹，其綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)北启、通訊技術(shù)、CRT顯示技術(shù)和過程控制技術(shù)拔第，采用分層分級的結(jié)構(gòu)形式和分散控制咕村、集中操作、分級管理蚊俺、分而自治的設(shè)計(jì)原則懈涛，解決了過去計(jì)算機(jī)控制危險(xiǎn)集中、常規(guī)模擬儀表功能單一泳猬、過于分散和人機(jī)聯(lián)系不方便的缺點(diǎn)批钠。DCS的安全可靠性、通用靈活性得封、優(yōu)良的控制和綜合管理能力了岸，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用。

  　  瓦楞紙板作為目前使用普遍的包裝材料粤沥，廣泛用于電器產(chǎn)品础估、日常用品等包裝。在現(xiàn)代大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化水平相對落后和工業(yè)索射、經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展的我國牙德，橫切機(jī)和堆疊機(jī)等機(jī)組組成連續(xù)生產(chǎn)工藝過程。目前國內(nèi)瓦楞紙板生產(chǎn)化處于相對落后狀態(tài)虎铅。

    　本監(jiān)控系統(tǒng)采用以可編程控制器PLC為基礎(chǔ)的集散控制系統(tǒng)庭钢，將PLC作為現(xiàn)場采集控制站恋鞋，利用Ethernet和Profitbus進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成了對廣東肇慶嘉隆瓦楞紙板生產(chǎn)線的工況顯示讽钻、生產(chǎn)操作赵须、訂單管理和出貨管理，最終實(shí)現(xiàn)了企業(yè)管理—控制一體化扎矾。

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及通信網(wǎng)絡(luò)

  　  2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

                                                                 圖1  系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

　   　 嘉隆瓦楞紙板生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)采用如圖1所示的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)业嗅。它分為3級結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場級、控制級和管理級唉侄。

  　  第一級為現(xiàn)場級咒吐。由安裝在現(xiàn)場的3個(gè)PLC子站輔與其它測量控制設(shè)備(如編碼器、紅外測量儀属划、變頻器等)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)采集恬叹、生產(chǎn)線的現(xiàn)場控制。為現(xiàn)場采集控制器完成現(xiàn)場信號的輸入輸出同眯，根據(jù)給定的工作程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理绽昼、控制輸出，并且將處理結(jié)果送操作站须蜗。PLC站采用德國VIPA公司的產(chǎn)品硅确，包括一個(gè)CPU站和兩個(gè)I/0站，其配備如下:

  　  V200CPU站：主要包括CPU 288L唠粥、FM250疏魏、SM221和SM222等模塊。主要用于粘合機(jī)和橫切機(jī)各種狀態(tài)信號的采集和控制信號的輸出晤愧。

  　  V200站1：主要包括SM221、SM222蛉腌、SM232和FM250等模塊;主要用于過膠機(jī)和1號瓦楞機(jī)狀態(tài)信號的采集和控制信號的輸出篇瀑。

　    V200站2：主要包括SM222、SM232和FM250等模塊;主要用于2瑟顶、3號瓦楞機(jī)狀態(tài)信號的采集和控制信號的輸出看剃。

  　  第二級為控制級，配備5臺工業(yè)PC機(jī)鹿腕。其中包括1臺主操作站秋豌，1臺過膠機(jī)操作站和3臺瓦楞機(jī)操作站。主操作站設(shè)置在車間控制室內(nèi)悼锻，其它各操作站設(shè)置在生產(chǎn)線的相應(yīng)部分劲旗，完成現(xiàn)場級檢測、控制透辜、保護(hù)功能的管理常孕。由一臺HUB將各操作站組成局域網(wǎng)网赤。各操作站功能獨(dú)立，又能互為備用逐会。它對第一級現(xiàn)場采集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理族延、分析、存儲献酗，完成所有控制指令的收集和發(fā)布寝受，以各種方式(如流程圖、趨勢圖等)表達(dá)整個(gè)生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)罕偎。對系統(tǒng)功能的組態(tài)羡蛾、流程圖的制作、保護(hù)值整定锨亏、控制模型修改等工作也是在這一級的操作站上完成的痴怨。

    　第三級為管理級，配備了多臺普通PC機(jī)器予、打印機(jī)浪藻，以及一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。其中PC機(jī)作為管理終端設(shè)置在相應(yīng)的管理部門乾翔，打印機(jī)負(fù)責(zé)定期打印生產(chǎn)情況報(bào)表備檔爱葵，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)接收、存儲從監(jiān)督控制級送來的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反浓、歷史數(shù)據(jù)萌丈。各部門的管理人員可以隨時(shí)通過管理終端機(jī)觀察生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)和定單執(zhí)行等情況。管理級同時(shí)可接受管理部門管理數(shù)據(jù)的輸入峡哥，完成訂單管理庭走，出貨管理等功能。

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   　 2.2 通信網(wǎng)絡(luò)

  　  由于在分散控制系統(tǒng)中廣泛采用了多處理機(jī)的結(jié)構(gòu)烙昼，所以處理機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信變得極其重要≥┩梗現(xiàn)場總線技術(shù)作為自動(dòng)化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為自動(dòng)化領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)泛红。它適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化一恃、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展方向麻镶。 Profitbus是唯一的全集成H1(過程)和H2(工廠自動(dòng)化)現(xiàn)場總線解決方案桨檬，是一種不依賴于廠家的開發(fā)式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，它可廣泛應(yīng)用于制造加工端葵、過程和建筑自動(dòng)化領(lǐng)域众凝。在該監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場級3個(gè)PLC站之間利用Profitbus進(jìn)行數(shù)據(jù)通信年粟，實(shí)現(xiàn)了紙板生產(chǎn)線狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制信號的傳遞俭疤。

  　  Ethernet以太網(wǎng)最初是由Xeroex在20世紀(jì)70年代開發(fā)的—種連網(wǎng)傳輸方法送丰，后來由Xeroex、數(shù)字設(shè)備公司(DEC)和 Intel改進(jìn)弛秋。這種靈活的技術(shù)可以運(yùn)行在各種網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上器躏，并在合理的開銷下提供很好的容量。到目前為止蟹略，以太網(wǎng)是用于局域網(wǎng)的最流行的邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)登失。在該監(jiān)控系統(tǒng)中，控制級操作站之間和管理級終端機(jī)之間采用Ethernet進(jìn)行數(shù)據(jù)通信挖炬。實(shí)現(xiàn)了各操作站間的相互冗余備用以及管理數(shù)據(jù)的存取揽浙。

   　 DCS各級之間的通信一直以來是工程技術(shù)人員關(guān)注的技術(shù)熱點(diǎn)之一。該系統(tǒng)采用VIPA公司PC-CPU 288L自帶的Ethernet端口很好的解決了現(xiàn)場級到控制級之間的通信問題意敛。實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)向上輸送和控制級信號的向下傳遞馅巷。由于控制級和管理級同時(shí)采用Ethernet，因此它們之間直接用集線器(HUB)相連草姻，進(jìn)行相互通信钓猬。

    該監(jiān)控系統(tǒng)中，將以太網(wǎng)(Ethernet)與現(xiàn)場總線相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了PLC站之間撩独、操作站之間草悦、管理終端之間以及現(xiàn)場級、控制級匠凤、管理級之間的數(shù)據(jù)通信蝠兽。

3 軟件設(shè)計(jì)

   　 系統(tǒng)軟件采用CONTROL LAB軟件包，其層次結(jié)構(gòu)如圖2厂跋。

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                                                                 圖2  監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)圖
        
     　現(xiàn)場級V200 CPU站采用了快速可預(yù)測實(shí)時(shí)內(nèi)核警综，其周期性工作的時(shí)間穩(wěn)定性(Jitter-Time)可達(dá)2微秒(300MHZ CPU)。 PLC和硬件模塊及現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)交換均在實(shí)時(shí)任務(wù)中進(jìn)行埂伺，保證了這類數(shù)據(jù)交換在操作系統(tǒng)中的延時(shí)不超過幾個(gè)微秒畴制。控制任務(wù)作為實(shí)時(shí)任務(wù)執(zhí)行夭掸，其最短工期可達(dá)0.01毫秒。

　　PLC監(jiān)控程序采用圖形化組態(tài)工具ControlChart編制喊傻，該工具是一種基于IEC1131-3流程圖形語言的開發(fā)式控制軟件呢烦，符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。工程師在控制級操作站上即可利用現(xiàn)成模塊進(jìn)行自由組合褂磕、在線觀察和調(diào)試闻蛀，極大地縮短了控制系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。瓦楞紙板流水線的控制任務(wù)主要進(jìn)行線上各機(jī)組運(yùn)行速度協(xié)調(diào)您市。速度調(diào)節(jié)中粘合機(jī)作為主機(jī)觉痛，過膠機(jī)役衡、修邊機(jī)、橫切機(jī)和堆疊機(jī)與主機(jī)同步運(yùn)行薪棒。該監(jiān)控系統(tǒng)速度控制流程圖如圖3所示手蝎。

                                                            圖3  生產(chǎn)線速度控制流程圖

  　  ZJL、DJL俐芯、DDCL和SJCL分別對應(yīng)紙漿量(瓦楞機(jī))棵介、堆積量、訂單產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量吧史，根據(jù)以上量的測量數(shù)值對粘合機(jī)和瓦楞機(jī)速度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)邮辽。

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   　 在控制級和管理級軟件基于WINDOWS NT平臺，采用易學(xué)易用的Visual Basic6.0進(jìn)行編程贸营，其中采用ActiveX吨述、OPC、 TCP/IP等國際通用技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)钞脂，用戶可以極方便的與其他軟件系統(tǒng)進(jìn)行自由通訊和進(jìn)行功能擴(kuò)展阅王。控制級操作站檢測畫面主要有總操作圖港苗、瓦楞機(jī)監(jiān)測圖蚤岗、粘合機(jī)檢測圖、過膠機(jī)監(jiān)測圖陌贪、修邊機(jī)監(jiān)測圖和橫切機(jī)監(jiān)測圖变硬。管理級終端包括訂單管理畫面和出貨管理畫面等。

4 系統(tǒng)功能

 　   在軟硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的瓦楞紙板生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)功能如圖3所示想触。監(jiān)控系統(tǒng)功能分為監(jiān)控和管理功能粱宝。監(jiān)控主要是工況顯示和生產(chǎn)操作，管理主要是訂單管理和出貨管理晾充。

   　 4.1 工況顯示

  　  在控制級的操作站以及管理級的終端機(jī)中顯示現(xiàn)場采集來的生產(chǎn)線狀態(tài)數(shù)據(jù)玖膨，主要包括：生產(chǎn)中的紙板品種，尺寸規(guī)格;現(xiàn)時(shí)各機(jī)組生產(chǎn)速度崭湾、電機(jī)電流;瓦楞機(jī)原紙堆積量;粘合機(jī)出紙量赛邢、各段溫度;現(xiàn)時(shí)的實(shí)切張數(shù)，訂單的總張數(shù)猛蔽，還欠實(shí)際張數(shù);成品剥悟，不良產(chǎn)品的數(shù)量(不良品人工輸入)原紙剩余長度等。顯示方式包括數(shù)字曼库、柱狀圖和趨勢圖等区岗。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行速度、電流、溫度慈缔、堆積量等過限報(bào)警叮称。

                                                                   圖4  監(jiān)控系統(tǒng)功能框圖

　    4.2 生產(chǎn)操作

   　 根據(jù)現(xiàn)場采集的信號，監(jiān)控軟件可以自動(dòng)對生產(chǎn)線進(jìn)行相應(yīng)的控制藐鹤，主要有：

  　  (1)正常情況下瓤檐，以粘合機(jī)作為主機(jī)進(jìn)行全線單一速度的控制，其它機(jī)組能根據(jù)自身的工藝要求適應(yīng)性的同步加速或同步減速教藻。

　    (2)自動(dòng)偵測瓦楞機(jī)紙板堆積量并能自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)機(jī)組的生產(chǎn)速度距帅，當(dāng)堆積量超過上限時(shí)，自動(dòng)增大粘合機(jī)以及其它相關(guān)機(jī)組的速度括堤。在緊急情況下碌秸，可以對生產(chǎn)線進(jìn)行緊急減速。

 　   (3)根據(jù)管理人員輸入的產(chǎn)品規(guī)格沛专，在訂單執(zhí)行初期自動(dòng)調(diào)節(jié)修邊機(jī)尖蚪、橫切截的刀線，并能夠在生產(chǎn)過程中自動(dòng)調(diào)整讯翎。

 　   (4)由訂單的總張數(shù)和尺寸嫉簿，自動(dòng)運(yùn)算出所需生產(chǎn)的總米數(shù)，各主要機(jī)臺便能因自身的實(shí)際機(jī)組距離最勤，生產(chǎn)出相應(yīng)長度的楞紙封鹦。

　    同時(shí)監(jiān)控軟件設(shè)置了自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式，工作人員可以在手動(dòng)方式下根據(jù)情況對生產(chǎn)線進(jìn)行相應(yīng)的控制坚矢。

　    4.3 訂單管理

    　訂單管理是在生產(chǎn)操作功能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)晾游，其主要功能有：

  　  (1)管理人員可以在辦公室終端機(jī)輸入當(dāng)日之訂單，包括接單日期翁纵，訂單號丽信，客戶類別，紙質(zhì)沐恨，紙寬物忠，交貨日期等數(shù)據(jù)。根據(jù)紙質(zhì)狡忙，紙寬打印各月份接單統(tǒng)計(jì)表梳虽。

  　  (2)根據(jù)訂單所要求的紙質(zhì)，交貨日期以及生產(chǎn)線狀態(tài)灾茁，監(jiān)控程序可以自動(dòng)執(zhí)行新訂單怖辆。同時(shí)工作人員也可以根據(jù)情況，手動(dòng)讓系統(tǒng)執(zhí)行新訂單删顶。

　    (3)實(shí)時(shí)記錄訂單的完成情況，根據(jù)訂單完成情況，定期打印訂單生產(chǎn)情況報(bào)表逗余。 同時(shí)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中設(shè)置了用戶權(quán)限特咆，因此可保證定單數(shù)據(jù)的安全。

 　   4.4 出貨管理

    　出貨管理主要將已安排生產(chǎn)的訂單以挑選方式排出作為出貨定單录粱。管理人員輸入出貨單之運(yùn)費(fèi)價(jià)格腻格、車號、裝車時(shí)間啥繁、裝貨規(guī)格品種菜职、數(shù)量等，并列出當(dāng)日或當(dāng)日貨運(yùn)明細(xì)表头熏。同時(shí)包括退貨單的輸入睬漩、更正和刪除等。

5 結(jié)束語

   　 嘉隆瓦楞紙板生產(chǎn)線DCS采用3級結(jié)構(gòu)转挽，采用Ethernet與現(xiàn)場總線相結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信漫诬，大量采用冗余技術(shù)，實(shí)踐表明届审，該系統(tǒng)開放性和容錯(cuò)能力高胀垃，系統(tǒng)重新定義容易，可擴(kuò)展性和可維護(hù)性好噪旭。采用以實(shí)時(shí)內(nèi)核為基礎(chǔ)的系統(tǒng)軟件据滑，進(jìn)行系統(tǒng)的功能定義和采集控制算法程序的編寫，系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對較好垢蔑。

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