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    1 開(kāi)發(fā)需求與背景

    橡塑制品在我國(guó)工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍，尤其是耐油性的橡塑制品，更受歡迎，湖北嘉德橡塑制品有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)潛油泵、油田泵、輸油管等用的專(zhuān)業(yè)型橡塑制品廠家，由于橡膠硫化需要在一定的時(shí)間、溫度以及壓力下才能硫化，傳統(tǒng)的硫化控制方法靠擋車(chē)工人憑經(jīng)驗(yàn)確定，存在著許多弊端，導(dǎo)致橡膠欠硫、過(guò)硫，極大影響了橡塑制品的質(zhì)量， 2002 年我們?yōu)樵摴静捎勉袂度胧骄W(wǎng)絡(luò)控制器 I-7188 以及嵌入式受控型 I-8410 以及 I-7000 遠(yuǎn)程控制模塊集成了一套分布式橡塑硫化機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，并且將控制信息與生產(chǎn)信息集成到公司的 MIS 管理系統(tǒng)中，利于公司計(jì)劃、分析，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)將系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述如下。

    2 系統(tǒng)架構(gòu)與組成

    2.1 方案選擇

圖 1 ：方案選擇圖

    如圖 1 所示的三種控制方案中，第一種方案雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是一旦 I-8421 出現(xiàn)當(dāng)機(jī)，平板硫化機(jī)將無(wú)法正常運(yùn)行，同時(shí)，由于許多的控制參數(shù)存放在上位機(jī)上，無(wú)疑使上位機(jī)的負(fù)擔(dān)增加，相對(duì)而言，其安全性、可靠性較差。在第二種方案中，雖然一部分控制由嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器 I-7188EAD 承擔(dān)，但 I-87K4 無(wú)控制功能，同樣存在著可靠性、安全性不佳的隱患。第三種方案中，重要的控制參數(shù)存放在上位機(jī)上， I-7188EAD 承擔(dān)著雙重作用，平板硫化機(jī)的本地控制由 I-8410 完成， I-7188EAD 在系統(tǒng)中是主控器、 I-8410 是受控器，滿(mǎn)足 RS-485 通信協(xié)議的主從要求。一旦需要更改工藝參數(shù)， I-7188EAD 與上位機(jī)通信獲得數(shù)據(jù)，為了提高系統(tǒng)的可靠性，在系統(tǒng)中增加了 I-7000 模塊，一旦 I-8410 的通信信號(hào)消失或者出現(xiàn)故障時(shí)，控制功能由 I-7188EAD 托管、并由 I-7000 執(zhí)行（復(fù)用），但此時(shí)控制功能比較簡(jiǎn)單，僅僅是溫度與壓力檢測(cè)、硫化定時(shí)而已、需手動(dòng)開(kāi)啟平板客戶(hù)機(jī)，無(wú)系統(tǒng)設(shè)備故障監(jiān)測(cè)、溫度的 PID 調(diào)節(jié)等，在第三種方案中，由兩級(jí)控制器實(shí)現(xiàn)了雙機(jī)冗余，現(xiàn)地控制同時(shí)也有兩套組成，只是一套的控制功能比較完整、備用的一套的控制功能比較簡(jiǎn)單，均可實(shí)現(xiàn)平板硫化機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)了控制器冗余、執(zhí)行器備用 / 復(fù)用的功能，滿(mǎn)足現(xiàn)代過(guò)程控制 [1] 的要求，極大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性，滿(mǎn)足了用戶(hù)“高可靠性、高安全性、高科技性、高效益”的要求。

    2.2 系統(tǒng)工作原理

    采用第三種方案時(shí)，整個(gè)工藝過(guò)程為：首先系統(tǒng)開(kāi)啟、服務(wù)器、 I-7188EAD 、 I-8410 以及 I-7000 全部進(jìn)行一次握手信號(hào)的檢測(cè)，檢查系統(tǒng)的通信是否正常，由于不同的橡塑產(chǎn)品硫化時(shí)其工藝參數(shù)不同，工藝控制服務(wù)器給 I-7188EAD 傳送工件號(hào)，并將溫度、壓力、以及時(shí)間下放到 I-7188EAD ，以備控制 I-7000 ， I-7188EAD 同時(shí)也給 I-8410 傳送上述信息，以備 I-8410 按照服務(wù)器的指令進(jìn)行工藝控制。在控制過(guò)程中， I-7188EAD 與 I-8410 始終相互傳遞“心跳”信息，一旦 I-7188EAD 發(fā)送 10 次心跳信息仍然接收不到 I-8410 傳送的控制信息，則 I-7188EAD 判斷 I-8410 通信失敗，發(fā)出數(shù)字信號(hào)，并且托管控制系統(tǒng)，以使 I-7000 開(kāi)始工作，同時(shí)將發(fā)出控制信號(hào)，使 I-8410 的電源斷開(kāi)、 1 分鐘后，再次發(fā)出控制信號(hào)，使 I-8410 重新上電，恢復(fù)正常運(yùn)行。待通信恢復(fù)正常后， I-7000 退出控制， I-7000 在整個(gè)控制過(guò)程中，除其備用執(zhí)行控制功能外，還要承擔(dān)蒸汽管路 10 個(gè)電磁閥、 12 路斷路器、 12 路吸合器的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測(cè)，因此，系統(tǒng)作到了任何控制器均有雙重功能，節(jié)約了設(shè)備成本，并且極大地發(fā)揮了各控制器的作用，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。分布式平板硫化機(jī)組控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖見(jiàn)圖 2 所示。

圖 2 ：分布式平板硫化機(jī)組控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖

    I-7188EAD 與 I-8410 、 I-7000 采用 RS-485 通信，波特率設(shè)為 19200bps ，其中， I-7188EAD 為現(xiàn)地控制單元的主控制器、 I-7000 以及 I-8410 均為受控器。 I-7188EAD 與控制服務(wù)器采用 TCP/IP 通信方式。

    2.3 系統(tǒng)配置

    2.3.1 I-7188EAD

    I-7188EAD 為一具有 PC 功能的嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器，也可以說(shuō)是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它有 512KB FLASH，512KB SRAM，2KB EEPROM，31B NVSRAM，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門(mén)狗定時(shí)器、內(nèi)置MiniOS7操作系統(tǒng)、具有64位硬件唯一序列號(hào)，支持用戶(hù)程序加密、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網(wǎng)絡(luò)控制器、支持TCP/IP協(xié)議。它具有獨(dú)特的雙看門(mén)狗安全設(shè)計(jì)，即軟件看門(mén)狗和硬件看門(mén)狗組成，萬(wàn)一主控計(jì)算機(jī)當(dāng)機(jī)，所有的輸出模塊就進(jìn)入預(yù)設(shè)的安全狀態(tài)，符合工業(yè)的安全要求，使用方便，可大幅增加系統(tǒng)安全性。

    2.3.2 I-8410 配置

    I-8410是一款PC-Based嵌入式控制器(受控型)，能擴(kuò)展4個(gè)并行控制I/O模塊，有256KB Flash ROM以及128KB SRAM、2KB EEPROM、內(nèi)置看門(mén)狗定時(shí)器利于系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行、且內(nèi)置專(zhuān)用MiniOS7操作系統(tǒng)，適合用TC編寫(xiě)控制程序，具有3個(gè)COM口，其中COM2為RS-485通信口。它同樣具有獨(dú)特的雙看門(mén)狗安全設(shè)計(jì)，當(dāng)程序當(dāng)機(jī)時(shí)，可瞬間重新開(kāi)機(jī)，且和每個(gè)I/O模塊有軟件看門(mén)狗互鎖，大幅提高系統(tǒng)安全性。所采用的模塊及其特性、作用見(jiàn)表1所示。

表 1：I－8000功能模塊的選用、特性、作用

    2.3.2 I-7000 模塊的選用

    主要模塊為： I-7011PD可編程帶顯示的 熱電偶輸入模塊、 I-7012F快速模擬量輸入模塊、I-7041隔離開(kāi)關(guān)量輸入模塊、I-7042隔離O.C.門(mén)輸出模塊、I-7080頻率/計(jì)數(shù)輸入模塊，其作用與I-8410選用的同類(lèi)模塊相同，在此不再贅述。

    3 軟件設(shè)計(jì)

    3.1 I-7188EAD 與 I-8410 之間的通信

    由于 I-7188EAD 與 I-8410 均具有控制功能，兩者之間必須相互配合，協(xié)調(diào)運(yùn)行才能使系統(tǒng)的可靠性提高，因此，本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵便是 I-7188EAD 與 I-8410 之間的通信程序。需定義兩者之間的通信方式、協(xié)議等，由于 I-7188EAD 與 I-8410 各自有 RAM 、 ROM 以及 EEPROM ，利于系統(tǒng)編程和存儲(chǔ)一定的數(shù)據(jù)，在程序設(shè)計(jì)時(shí)，其通信的心跳信號(hào)是 I/O 信號(hào)，相互之間僅傳送必要的控制信息并加以存儲(chǔ)。在 MiniOS7 操作系統(tǒng)下、利用 TC2.0 以及各自的庫(kù)函數(shù)編寫(xiě)。

    3.2 I-8410 的控制程序

    I-8410 的控制程序比較簡(jiǎn)單，由于泓格提供了大量的對(duì)相應(yīng)模塊控制的庫(kù)函數(shù)，在用 TC2.0 編寫(xiě)時(shí)可以直接通用，給用戶(hù)極大的方便。主要分為：模塊初始化、數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)故障判斷與提示（通過(guò) DO 信號(hào)輸出給外部指示燈）、數(shù)據(jù)通信等。

    3.3 工藝控制服務(wù)器程序

    在控制程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，工藝控制服務(wù)器主要與 I-7188EAD 進(jìn)行通信，我們采用了泓格提供的 OPC 服務(wù)器以及 ActiveX 控件，并采用了組態(tài)王組態(tài)軟件，極大方便了上位機(jī)的編程過(guò)程。在服務(wù)器上安裝有 Windows2000 操作系統(tǒng)、 Microsoft SQL6.5 ，便于控制信息存放到企業(yè)管理 MIS 系統(tǒng)中，利于生產(chǎn)管理人員計(jì)劃、統(tǒng)計(jì)。該段程序主要有人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)存取方式設(shè)計(jì)、 IE 的發(fā)布與瀏覽設(shè)計(jì)、系統(tǒng)故障診斷設(shè)計(jì)、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)以及安全性設(shè)計(jì)（防火墻的設(shè)計(jì)）、報(bào)表設(shè)計(jì)、文件系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)、文件輸出管理設(shè)計(jì)（報(bào)表輸出、打印、管理）等。

    4 應(yīng)用體會(huì)與心得

    由于泓格的 I-7188 嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器與 I-8000 嵌入式控制模塊均有具有獨(dú)特的雙看門(mén)狗安全設(shè)計(jì)，且和每個(gè) I/O模塊有軟件看門(mén)狗互鎖，并有專(zhuān)用的穩(wěn)定的MiniOS7操作系統(tǒng)，大幅提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，同時(shí)系統(tǒng)采用控制器冗余、控制執(zhí)行器復(fù)用，節(jié)約了投資成本，提高了企業(yè)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者的經(jīng)濟(jì)效益。本系統(tǒng)運(yùn)行一年有余，一直比較穩(wěn)定運(yùn)行，使生產(chǎn)的橡塑制品質(zhì)量提高、且次品率和廢品率大幅度下降，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，深受使用單位好評(píng)。總之，泓格的產(chǎn)品使系統(tǒng)集成者和系統(tǒng)使用者均可獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。