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基于泓格嵌入式网络控制器的分布式硫化机监控系统的设计

归档日期:05-16       文本归类:嵌入式控制器      文章编辑:爱尚语录

  橡塑制品在我国工业中的应用越来越普遍,尤其是耐油性的橡塑制品,更受欢迎,湖北嘉德橡塑制品有限公司是专业生产潜油泵、油田泵、输油管等用的专业型橡塑制品厂家,由于橡胶硫化需要在一定的时间、温度以及压力下才能硫化,传统的硫化控制方法靠挡车工人凭经验确定,存在着许多弊端,导致橡胶欠硫、过硫,极大影响了橡塑制品的质量,2002年我们为该公司采用泓格嵌入式网络控制器I-7188以及嵌入式受控型I-8410以及I-7000远程控制模块集成了一套分布式橡塑硫化机的监控系统,并且将控制信息与生产信息集成到公司的MIS管理系统中,利于公司计划、分析,取得了较好的经济效益。现将系统设计概述如下。

  如图1所示的三种控制方案中,第一种方案虽然结构简单,但是一旦I-8421出现当机,平板硫化机将无法正常运行,同时,由于许多的控制参数存放在上位机上,无疑使上位机的负担增加,相对而言,其安全性、可靠性较差。在第二种方案中,虽然一部分控制由嵌入式网络控制器I-7188EAD承担,但I-87K4无控制功能,同样存在着可靠性、安全性不佳的隐患。第三种方案中,重要的控制参数存放在上位机上,I-7188EAD承担着双重作用,平板硫化机的本地控制由I-8410完成,I-7188EAD在系统中是主控器、I-8410是受控器,满足RS-485通信协议的主从要求。一旦需要更改工艺参数,I-7188EAD与上位机通信获得数据,为了提高系统的可靠性,在系统中增加了I-7000模块,一旦I-8410的通信信号消失或者出现故障时,控制功能由I-7188EAD托管、并由I-7000执行(复用),但此时控制功能比较简单,仅仅是温度与压力检测、硫化定时而已、需手动开启平板客户机,无系统设备故障监测、温度的PID调节等,在第三种方案中,由两级控制器实现了双机冗余,现地控制同时也有两套组成,只是一套的控制功能比较完整、备用的一套的控制功能比较简单,均可实现平板硫化机的控制,从而实现了控制器冗余、执行器备用/复用的功能,满足现代过程控制[1]的要求,极大提高了系统的安全性、可靠性,满足了用户“高可靠性、高安全性、高科技性、高效益”的要求。

  采用第三种方案时,整个工艺过程为:首先系统开启、服务器、I-7188EAD、I-8410以及I-7000全部进行一次握手信号的检测,检查系统的通信是否正常,由于不同的橡塑产品硫化时其工艺参数不同,工艺控制服务器给I-7188EAD传送工件号,并将温度、压力、以及时间下放到I-7188EAD,以备控制I-7000,I-7188EAD同时也给I-8410传送上述信息,以备I-8410按照服务器的指令进行工艺控制。在控制过程中,I-7188EAD与I-8410始终相互传递“心跳”信息,一旦I-7188EAD发送10次心跳信息仍然接收不到I-8410传送的控制信息,则I-7188EAD判断I-8410通信失败,发出数字信号,并且托管控制系统,以使I-7000开始工作,同时将发出控制信号,使I-8410的电源断开、1分钟后,再次发出控制信号,使I-8410重新上电,恢复正常运行。待通信恢复正常后,I-7000退出控制,I-7000在整个控制过程中,除其备用执行控制功能外,还要承担蒸汽管路10个电磁阀、12路断路器、12路吸合器的实时控制与监测,因此,系统作到了任何控制器均有双重功能,节约了设备成本,并且极大地发挥了各控制器的作用,满足了设计要求。分布式平板硫化机组控制系统的架构图见图2所示。

  I-7188EAD为一具有PC功能的嵌入式网络控制器,也可以说是网络协议转换器,它有512KB FLASH,512KB SRAM,2KB EEPROM,31B NVSRAM,内置实时时钟,看门狗定时器、内置MiniOS7操作系统、具有64位硬件唯一序列号,支持用户程序加密、含有与NE-2000兼容的10BASE-T网络控制器、支持TCP/IP协议。它具有独特的双看门狗安全设计,即软件看门狗和硬件看门狗组成,万一主控计算机当机,所有的输出模块就进入预设的安全状态,符合工业的安全要求,使用方便,可大幅增加系统安全性。

  I-8410是一款PC-Based嵌入式控制器(受控型),能扩展4个并行控制I/O模块,有256KB Flash ROM以及128KB SRAM、2KB EEPROM、内置看门狗定时器利于系统安全可靠运行、且内置专用MiniOS7操作系统,适合用TC编写控制程序,具有3个COM口,其中COM2为RS-485通信口。它同样具有独特的双看门狗安全设计,当程序当机时,可瞬间重新开机,且和每个I/O模块有软件看门狗互锁,大幅提高系统安全性。所采用的模块及其特性、作用见表1所示。

  主要模块为:I-7011PD可编程带显示的热电偶输入模块、I-7012F快速模拟量输入模块、I-7041隔离开关量输入模块、I-7042隔离O.C.门输出模块、I-7080频率/计数输入模块,其作用与I-8410选用的同类模块相同,在此不再赘述。

  由于I-7188EAD与I-8410均具有控制功能,两者之间必须相互配合,协调运行才能使系统的可靠性提高,因此,本系统软件设计的关键便是I-7188EAD与I-8410之间的通信程序。需定义两者之间的通信方式、协议等,由于I-7188EAD与I-8410各自有RAM、ROM以及EEPROM,利于系统编程和存储一定的数据,在程序设计时,其通信的心跳信号是I/O信号,相互之间仅传送必要的控制信息并加以存储。在MiniOS7操作系统下、利用TC2.0以及各自的库函数编写。其流程图见图3所示。

  I-8410的控制程序比较简单,由于泓格提供了大量的对相应模块控制的库函数,在用TC2.0编写时可以直接通用,给用户极大的方便。主要分为:模块初始化、数据采集与控制、数据分析、系统故障判断与提示(通过DO信号输出给外部指示灯)、数据通信等。

  在控制程序设计过程中,工艺控制服务器主要与I-7188EAD进行通信,我们采用了泓格提供的OPC服务器以及ActiveX控件,并采用了组态王组态软件,极大方便了上位机的编程过程。在服务器上安装有Windows2000操作系统、Microsoft SQL6.5,便于控制信息存放到企业管理MIS系统中,利于生产管理人员计划、统计。该段程序主要有人机交互界面设计、数据库存取方式设计、IE的发布与浏览设计、系统故障诊断设计、系统组态设计、数据库设计以及安全性设计(防火墙的设计)、报表设计、文件系统管理设计、文件输出管理设计(报表输出、打印、管理)等。

  由于泓格的I-7188嵌入式网络控制器与I-8000嵌入式控制模块均有具有独特的双看门狗安全设计,且和每个I/O模块有软件看门狗互锁,并有专用的稳定的MiniOS7操作系统,大幅提高系统运行的安全性和可靠性,同时系统采用控制器冗余、控制执行器复用,节约了投资成本,提高了企业和系统开发者的经济效益。本系统运行一年有余,一直比较稳定运行,使生产的橡塑制品质量提高、且次品率和废品率大幅度下降,提高了生产效率,降低了劳动强度,深受使用单位好评。总之,泓格的产品使系统集成者和系统使用者均可获得了良好的经济效益。

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