一種基于PVC配方機、混合機、送料系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)

冼偉發(fā)

摘要：論述了一種基于PVC混合機、配方機、送料系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分考慮現場設備的實際情況，分析了該系統(tǒng)的架構選擇，從控制及監(jiān)控所需的通訊數據量，核心控制器功能等介紹了該系統(tǒng)的設計過程。

關鍵詞：架構；監(jiān)控系統(tǒng)；通訊

0引言

在PVC管道生產活動中，從原料到產品間包括配方、混合、送料、擠出等階段，現有的配方機與混合機間、混合機與送料系統(tǒng)間單單靠2點繼電信號連接。生產有很大的隨機性，有時正常情況下后端的擠出設備的缺料，有時又會在送料環(huán)節(jié)留積大量粉料，粉料經過混合干燥，若外放的時間長受潮后會造成管道氣泡等嚴重影響產品品質的問題。這就要求嚴格控制在同一個流水線上的配方、混合、送料環(huán)節(jié)中留積的粉料。公司要求建立一套從配方到擠出設備運轉的監(jiān)控系統(tǒng)，同時建立一套調配各個環(huán)節(jié)設備運轉的機制，實現設備智能停開機。

1系統(tǒng)設計

1.1現有設備通訊條件

系統(tǒng)組成：配方機5臺，控制器為FATEK型號為FBS-60MS；稱重送料系統(tǒng)1套，控制器為西門子的S7-CPU224；混合機45臺，控制器為匯川HOU-1616MR-XP；送料系統(tǒng)1套，控制器為西門子的S7-CPU226，以上各控制器均支持MODBUS主、從站。

1.2監(jiān)控通訊量計算

以MODBUS（485硬件）網絡來算：如圖1，主站通訊總量，I點：260+1580+120=1960BYTE，0點：136+450+90=676BYTE。手冊查得，以上各個控制器都無法做通訊主站，而采用工業(yè)計算機及對應的接口模塊與現場控制器構建MODBUS網絡的辦法可以完成監(jiān)控任務，但卻無法完成復雜的各設備的生產調配工作。

通過選型討論，最終采用組態(tài)軟件WinCC V6.2為操作監(jiān)控界面，西門子CPU-315PN/2DP為系統(tǒng)核心，通過現場總線PROFIBUS-DP與混合機、配方機、送料系統(tǒng)組成通訊網絡。

1.3系統(tǒng)核心控制器及通訊網絡PROFIBUS—DP選用理由

PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。在OSI模型中PROFIBUS-DP只使用了第1、2層和用戶接口層，這種精簡的結構確保數據高速即時刷新。另外PROFIBUS為多主站的主從結構，可帶超過127個從站（增加中繼器），可方便地構成集中式、集散式、分布式控制系統(tǒng)。在帶從站能力方面，這極大的滿足系統(tǒng)的余量問題，為后期跟其他系統(tǒng)的銜接帶來很大的方便。在網絡通用性方面，西門子S7-300系列以上的中型CPU大多都集成PROFIBUS通訊口，自帶現場總線診斷功能給程序編制帶來極大的便利。另外，其他常用的例如歐姆龍、AB、三菱等品牌的中型以上的CPU都會有PROFBUS通訊模塊。

1.4系統(tǒng)組成分析

該系統(tǒng)采用分布式架構，如圖2。它由兩臺監(jiān)控計算機、核心控制器、5臺配方機及送料稱重系統(tǒng)、45臺混合機、1套混合機送料系統(tǒng)以及網絡轉換設備組成。系統(tǒng)的核心CPU315-2PN/DP通過PROFIBUS現場總線，PROFIBUS轉MODBUS網關或者EM277模塊與現場各設備控制器進行通訊。讀取現場控制器上的運行參數顯示在監(jiān)控界面上，同時可修改工藝參數、送料參數、配方參數等，根據設定條件對現場各設備運行狀況進行調配。

2系統(tǒng)配置

2.1上位機配置

考慮到界面的友好性，功能性及穩(wěn)定性，上位機采用西門子WINCC 6.2，通過工業(yè)以太網跟CPU315-2PN/DP進行通訊，可實現遠程變量報警、工藝參數修改記錄，現場重要參數的在線趨勢圖，生成數據報表，重要參數歸檔處理，遠程手動操作等。

2.2下位機配置

下位機的選用考慮的主要以下2點：1、滿足通訊量需要，對核心PLC來說，通訊I/O量分別為1960BYTE，676BYTE；2、通訊口兼容情況，CPU模塊集成PROFIBUS現場總線，以太網模塊。綜合以上，選擇自帶1路PROFIBUS-DP通訊口及2路以太網通訊口的西門子CPU315-2PN/DP。

2.3程序設計

（一）通訊故障“心跳”偵測程序

如圖3，從站2S周期的頻率信號通過通訊送到S7-300（例程圖中的Ⅰ1.0），S7-300通過功能塊偵測信號，一旦心跳停止，即可判斷通訊中斷，在監(jiān)控界面輸出報警。同樣，S7-300也會向從站發(fā)出2S頻率的心跳信號，通過對應信號（如圖的M131）偵測與主站的通訊情況，依此來判斷主站發(fā)送的控制及修改參數信號的有效性。彌補PROFIBUS-DP總線診斷（FB125）只能診斷PROFIBUS-DP段的故障，而不能發(fā)現網關后MODBUS網段的故障的不足。

（二）核心控制器對混合機運行情況調配

混合機單位時間的產量=混合機每一個料的重量（120KG）/該料的混合時間；擠出設備單位時間產量=擠出米重*擠出速度（通過混合機送料系統(tǒng)獲?。?。45臺混合機的單位時間產出料重量總和與擠出設備單位時間產量比較得到混合機增加/減少開機信號。同樣，根據混合機的開機情況調整配方機的開機數量。這樣，在保證合理料倉高位的情況下達到整條流水的動態(tài)平衡。既不會因為料產出過多積壓影響產品品質，也不會因為開機過少造成擠出設備缺料。

（三）系統(tǒng)監(jiān)控畫面

如圖4為混合機運行參數監(jiān)控界面，通過監(jiān)控畫面現場情況一目了然（點擊相應按鈕），可方便查看混合機、配方機、送料系統(tǒng)運行參數，參數歸檔，報警等，同時也可以通過登錄賬號遠程修改各機參數，實現設備遠程手動操作，遠程故障排除。

3結語

系統(tǒng)已穩(wěn)定運行半年多。系統(tǒng)的使用使得生產活動的有序化、透明化，為產品質量穩(wěn)定提供保障。最后，借此系統(tǒng)的開發(fā)經驗，推廣到其他生產系統(tǒng)上，使得成果最大化。