1、第11章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)例l 本章的教學(xué)目的與要求掌握各種過程通道的結(jié)構(gòu)、原理、設(shè)計(jì)及使用方法。l 授課主要內(nèi)容l 硫化機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)l 主要外語詞匯Sulfurate Machine:硫化機(jī)l 重點(diǎn)、難點(diǎn)及對學(xué)生的要求說明：帶“*”表示要掌握的重點(diǎn)內(nèi)容，帶“*”表示要求理解的內(nèi)容，帶“*”表示要求了解的內(nèi)容，帶“”表示難點(diǎn)內(nèi)容，無任何符號的表示要求自學(xué)的內(nèi)容l 硫化機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)*l 輔助教學(xué)情況多媒體教學(xué)課件（POWERPOINT）l 復(fù)習(xí)思考題l 硫化機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)l 參考資料劉川來，胡乃平，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，青島科技大學(xué)講義硫化機(jī)計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)內(nèi)胎硫化是橡

2、膠廠內(nèi)胎生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，硫化效果將直接影響內(nèi)胎的產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命。目前國內(nèi)大部分生產(chǎn)廠家都是使用延時(shí)繼電器來控制硫化時(shí)間， 由于硫化中所需的蒸汽壓力和溫度經(jīng)常有較大的波動(dòng)， 單純按時(shí)間計(jì)算可能會產(chǎn)生過硫或欠硫現(xiàn)象， 直接影響了內(nèi)胎的質(zhì)量。因此， 設(shè)計(jì)一種利用先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的硫化群控及管理系統(tǒng)， 不僅能提高企業(yè)的自動(dòng)化水平， 也能降低硫化機(jī)控制裝置的維護(hù)成本和硫化操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高硫化過程中工藝參數(shù)的顯示和控制精度， 同時(shí)也避免了個(gè)別硫化操作人員為提高產(chǎn)量而出現(xiàn)的“偷時(shí)”現(xiàn)象(即操作人員縮短硫化時(shí)間， 未硫化完畢就開模) ， 使內(nèi)胎的產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。1.系統(tǒng)總體方案內(nèi)胎硫化過程

3、共包括四個(gè)階段: 合模、硫化、泄壓、開模。由于所有硫化機(jī)的控制方式相同， 所以特別適合群控。在自動(dòng)模式下， 當(dāng)硫化操作人員裝胎合模后， 由控制系統(tǒng)根據(jù)溫度計(jì)算內(nèi)胎的等效硫化時(shí)間并控制泄壓閥、開模電機(jī)的動(dòng)作。為克服溫度波動(dòng)的影響， 經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)， 選用阿累尼烏斯(Arrhenius) 經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算等效硫化時(shí)間。某橡膠制品有限公司硫化車間共有內(nèi)胎硫化機(jī)96臺，為便于整個(gè)生產(chǎn)過程的控制和管理擬采用計(jì)算機(jī)群控及管理系統(tǒng)。根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)場情況，借鑒DCS (Distributed Control System ， 集散控制系統(tǒng)) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 使用PLC作為直接控制級，完成現(xiàn)場的控制功能; 使用工業(yè)控制計(jì)

4、算機(jī)作為管理和監(jiān)視級。系統(tǒng)總體方案見圖11.8。PLC 通過溫度采集模塊采集現(xiàn)場的96 臺硫化機(jī)溫度信號，進(jìn)行等效計(jì)算后，按設(shè)定型號的參數(shù)計(jì)算硫化機(jī)的硫化時(shí)間并對泄壓閥、開模電機(jī)動(dòng)作進(jìn)行控制，完成內(nèi)胎的整個(gè)硫化過程。采用串行通訊方式將PLC 傳送上來的信號采集到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，在監(jiān)控軟件主界面對96 臺硫化機(jī)的硫化溫度和狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示， 并自動(dòng)記錄相關(guān)過程數(shù)據(jù)，監(jiān)控軟件還具有參數(shù)設(shè)置、查詢及報(bào)表打印等功能。由于計(jì)算機(jī)本身及其操作系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)不參與控制， 即使工業(yè)控制計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障也不會影響PLC 的正常運(yùn)行，從而也不會影響現(xiàn)場的控制，但是所有的現(xiàn)場參數(shù)將不能被監(jiān)視和存儲。系

5、統(tǒng)共有三種工作方式:自動(dòng)等效硫化方式、自動(dòng)定時(shí)硫化控制方式和機(jī)臺原有的延時(shí)繼電器手動(dòng)控制方式。可以根據(jù)需要在現(xiàn)場利用操作臺上的旋鈕選擇工作方式。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)采用研華P4 2.4G，作為控制級的PLC 共兩套，采用三菱公司的FX2N 128MR。兩套PLC的控制是獨(dú)立的，分別通過串行口連接到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。特殊模塊FX2N-4AD用來采集現(xiàn)場的熱電阻溫度信號，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后送往PLC。熱電阻采用PT100，熱電阻經(jīng)過溫度變送器變成0-5V的電壓信號。FX2n-4AD模塊共有四路通道， 在任一時(shí)刻只能有4個(gè)溫度信號進(jìn)入PLC，為提高其使用效率，自行研制了模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)，模擬開關(guān)采用2片CD450

6、1，可以完成16選1的模擬開關(guān)功能，利用PLC內(nèi)部的編程指令控制模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)依次選通各個(gè)通道，循環(huán)將48臺熱電阻信號采集到PLC。通訊模塊FX2N-485BD(485信號)和通訊轉(zhuǎn)換模塊FX2N-485PC-IF(轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)的RS232信號和485BD的485信號)被用來實(shí)現(xiàn)PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的串行通訊。模擬選通信號計(jì)算機(jī)打印機(jī)FX2N 485BDPLC FX2N 128MRPLCFX2N 128MR FX2N 4AD1#48#硫化機(jī)49#96#硫化機(jī)模擬選通信號溫度變送器FX2N 485PCIFFX2N 4AD熱電阻FX2N 485BD模擬開關(guān)開關(guān)量輸入輸出信號溫度變送器熱電阻模擬開關(guān)開

7、關(guān)量輸入輸出信號圖11.8 內(nèi)胎硫化計(jì)算機(jī)群控及管理系統(tǒng)總體方案手動(dòng)初始化數(shù)據(jù)采集及處理子程序手動(dòng)/自動(dòng)等效硫化計(jì)算子程序或定時(shí)硫化自動(dòng)邏輯動(dòng)作子程序（合模、泄壓、開模等）報(bào)警子程序開始圖11.9 控制軟件主程序流程簡圖2.可編程控制器控制軟件的設(shè)計(jì)三菱公司FX2N 系列可編程控制器可以使用梯形圖、指令表和SFC 三種編程方式， 指令多達(dá)156種，功能強(qiáng)大，編程非常方便。從內(nèi)胎硫化的流程可知，硫化的控制屬于過程、位置控制， 采用PLC 可方便的進(jìn)行編程， 實(shí)現(xiàn)內(nèi)胎硫化機(jī)的等效硫化時(shí)序。為提高運(yùn)行速度、減少運(yùn)行指令，在控制軟件設(shè)計(jì)中采用了模塊化編程，設(shè)計(jì)了多種通用子程序，如數(shù)據(jù)采樣及處理子程序、

8、等效硫化計(jì)算子程序、報(bào)警子程序等?？刂栖浖鞒绦蛄鞒毯唸D見圖11.9。3.工控機(jī)管理軟件設(shè)計(jì)1工控機(jī)軟件總體設(shè)計(jì)圖11.10 內(nèi)胎硫化計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)功能圖系統(tǒng)管理查詢報(bào)表用戶設(shè)置內(nèi)胎硫化計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)主界面：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控添加用戶修改密碼用戶切換數(shù)據(jù)恢復(fù)設(shè)置機(jī)臺號設(shè)置內(nèi)胎型號設(shè)置型號參數(shù)設(shè)置班組設(shè)置硫化工代號產(chǎn)品查詢溫度曲線查詢報(bào)表班報(bào)表月報(bào)表機(jī)臺報(bào)表工控機(jī)管理軟件采用Inprise 公司的Delphi7開發(fā)，工控機(jī)的RS2232 串行通訊接口通過FX2N-485PC-IF連接到可編程控制器的通訊模塊FX2N-485BD上， 以半雙工異步串行通訊方式通訊，讀取或設(shè)置參數(shù)，并在主窗口動(dòng)態(tài)顯示，自動(dòng)

9、記錄車間內(nèi)所有機(jī)臺在三種控制方式下生產(chǎn)的產(chǎn)品的過程參數(shù)和數(shù)量、操作合法性等數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)查看硫化溫度曲線，還具有報(bào)警提示、查詢、報(bào)表打印等功能。系統(tǒng)功能圖見圖11.10。2串行通信接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖O(shè)計(jì)用Delphi 開發(fā)串口通訊軟件一般有兩種方法：一種是采用Microsoft的MSComm控件， 這種方法實(shí)現(xiàn)起來相對比較簡單，但效率較低; 另一種是利用Windows 的通訊A P I 函數(shù)，使用A P I 編寫的串口通訊程序較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)的功能強(qiáng)大，特別適合于面向低層的下位機(jī)通訊， 但是需要編程人員掌握大量的通訊知識，還要掌握多線程編程。MOXA 公司提供了一個(gè)可供Delphi 調(diào)用的串行通訊程序開發(fā)工具PComm serial communication library ( PComm 串口通訊庫) ，PComm Library 是一個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫(DLL ) 文件， 使用Microsoft Win32 API 編寫， 利用PComm 編寫串口通訊軟件既具有A P I 的強(qiáng)大功能， 使用起來也比較方便。11.2.4 結(jié)束語本系統(tǒng)在某橡膠制品有限公司投入運(yùn)行后， 控制達(dá)到了預(yù)定的工藝要求， 內(nèi)胎質(zhì)量穩(wěn)定， 產(chǎn)品合格率達(dá)到99. 8%以上，