摘要：乳化炸藥連續化生產線、膨化炸藥連續化生產線、粉狀炸藥連續化生產線是近年來經過工藝、機械、自動化科研人員多方努力研制成功的、先進的炸藥生產線系列。通過CC—Link現場總線實現聯網和遠程分布式控制，減少系統線纜敷設，減少系統故障，減少現場工作人員，輔以電視、電話監視，提高了生產的安全性和可靠性，提高了生產效率和產品質量。 關鍵詞：連續化生產線；現場總線；遠程通信；CC—Link；PCC；組態軟件 1 引言 工業炸藥在工業生產和工程建設中的應用越來越廣泛，乳化炸藥、改性粉狀炸藥、膨化炸藥作為新型炸藥更顯示出強大的生命力。由于乳化炸藥特有的抗水性，改性粉狀炸藥的無銻化，膨化炸藥良好的爆炸性能，使生產和使用這些炸藥更安全，生產環境無污染，爆破現場無毒害，受越來越多的炸藥生產企業和工程爆破用戶所歡迎。 乳化炸藥連續化生產線、膨化炸藥連續化生產線、改性粉狀炸藥連續化生產線是近幾年來經過工藝、機械、自動化科研人員多方努力研制成功的先進的炸藥生產線系列。各種炸藥連續化生產線的創建，使連續乳化、連續敏化、連續冷卻、連續改性、連續混藥、連續膨化、連續溶化、連續配藥等關鍵技術有了突破性的進展，提高了炸藥生產的效率。 用計算機控制系統對整個生產線進行控制，使得炸藥的生產更安全可靠和簡捷方便，并提高了產品質量。通過CC—Link現場總線和工業以態網實現各條生產線聯網和遠程集散控制和管理，減少了系統線纜敷設，減少了系統故障，減少了現場工作人員，提高了生產的安全性和可靠性，提高了生產效率和管理水平。 2 系統構成 控制網絡系統將廠區3條生產線的多個設備控制站進行組網。幾十個溫度、壓力、質量、液位、轉速等模擬量和幾百個各類電動執行機構的啟停控制開關量等都可按工藝流程在中央控制室的主計算機進行監控。各現場遠程控制站能獨立監控所屬生產線的生產工藝、工作參數、設備狀態等工況，并進行故障處理和聲光報警。可由現場操作員進行自動或手動控制。 在各生產線的控制點設置控制網絡的從工作站，采用三菱公司的Q系列或FX2N可編程控制器實現各車間控制點模擬量和開關量的采集和監控。各從控制器通過各自的RS—232接口分別連接一個三菱GOT940觸摸屏，操作人員可用其實現就地監控。通過CC—Link現場總線連接各從站控制器的CC—Link通信模塊至主站控制器CC—Link通信模塊，構成遠程通信控制系統。主控制器采用Q系列可編程計算機控制器，主控制器通過RS—232C接口連接至作為中心監控機的工控機，一起安裝在中心控制室。如圖1。 中心監控機采用工控機，用亞控公司的組態軟件Kingview 6．5進行組態，并通過TCP／IP協議連接到公司的局域網中，向上級管理級提供生產數據。 3 乳化炸藥連續化生產線遠程設備站 乳化炸藥連續化生產線由溶化、乳化、敏化、輸送、冷卻、裝藥等工藝流程連續而成，見圖2。溶化溫度、冷卻溫度、水相流量、油相流量、敏化劑流量需穩定控制，采用PID自整定閉環控制。溶化加熱溫度控制是由鉑電阻檢測變送至計算機，計算機控制程序智能地控制蒸汽閥的給定來實現的。冷卻降溫溫度控制由鉑電阻檢測變送至計算機、計算機智能控制冷水閥的給定來實現。炸藥配料流量控制由電磁流量變送器或質量流量變送至計算機，根據控制要求編制計算機高級控制算法軟件，智能地控制變頻調速器頻率，以控制螺旋送料電機的轉速來實現。另有多個溫度、壓力、質量模擬量檢測點，幾十個開關量控制點（電動機、電動閥、電磁閥的啟停控制）。 采用1臺三菱Q系列可編程計算機控制器（PCC）和IN，OUT，A／D，D／A，CC—Link模塊作控制器，實現生產線的全方位控制及與主站通信。三菱GOT—A970觸模屏通過RS232接口接至控制器，用GT Designer組態，可在現場實現人機對話和監控。三菱公司Q系列PCC是新型高品質的機型，在此主要利用以下功能： ① 高速運算處理 有能執行優化順序控制的MSP和高性能模式的QCPU。QCPU基本指令的處理時間只有34 ns。在大規模系統中，QCPU能快速地運行多次使用變址修飾結構的程序；能同時執行信息通信處理和信息通信控制，確保快速穩定的控制；由于通信數量的增加，系統總線速度也相應Q提高，縮短了整個傳輸時間；允許從網絡或智能功能模塊來啟動中斷程序；能快速響應與程序掃描異步發生的事件，從網絡中接受數據與高速計數器的數據比較。 ② 多CPU模塊系統在1個基板上安裝2個高性能CPU，CPU之間的通信可自動刷新、循環通信、瞬時通信。可根據控制節拍來分配負載，達到穩定、快速的控制。數據處理和控制要快速用一個CPU，裝藥機控制要穩定用另一個CPU，2個CPU可共享一個順序控制。 ③IT能力、網絡通信Q系列的PCC通過配接相應的通信模塊或通信板可與以太網、MELSEC—NET／H，CC—Link及其他公司的現場總線如Profibus等不同的網絡類型、不同的網絡層次之間進性無縫通信，數據能在接入網絡的任何控制站之間相互傳輸。 ④ 強大的軟件功能Q系列的編程軟件GX Developer運行于Windows 2000／NT／XP環境。適合結構化的功能塊編程，可用功能塊的調用、釋放組成順控程序。在上位機編制修改的程序可遠程傳送下位PCC，也可遠程設定下位機網絡參數、程序密碼、在線檢測網絡鏈接狀態、在線系統監控。還具有工程管理、仿真軟件、離線調試等功能。 4 膨化炸藥連續化生產線遠程設備站 膨化炸藥連續化生產由硝銨溶化、結晶膨化、油相配置、裝藥等4個車間組成。3個溶化溫度、2個結晶真空度、4個炸藥配料流量需穩定控制。真空度控制是由真空度變送器檢測反饋到計算機、編制的計算機高級算法軟件去智能控制真空泵的轉速來實現。另有多個溫度、壓力、質量、轉速等模擬量需檢測或位控，幾十個開關量的輸入輸出需按工藝流程的順序進行控制。3個溶化罐需輪流送料、2個結晶機需輪流結晶。 溶化、膨化、配制和裝藥車間用l臺三菱FX2N可編程控制器和多個A／D，D／A，溫度，CC—Link等模塊及l臺GOT—F940觸摸屏來實現全線監控和通信。FX2N用FX—PCS—UPS／WIN—E軟件編程，F940用FX—PCS／DU—WIN—E軟件組態。 5 改性粉狀炸藥連續化生產線遠程設備站 改性粉狀炸藥連續生產由改性車間、混藥車間、裝藥車間組成。主改性溫度、副改性溫度、硝胺流量、木粉流量、油相流量、混藥溫度、混藥裝速等模擬量需穩定控制，采用PID 自整定閉環調節，以達到控制要求。另有多個溫度、轉速、壓力等模擬量需檢測或位控。幾十個I／O開關量需按工藝流程的順序進行控制。 采用1臺Q系列可編程控制器和多個I／O，A／D，D／A，CC．Link通信、溫度模塊控制整個生產線及與主站通信。RS232接口連接GOT—A970觸摸屏作生產現場人機對話介面如圖3示。 6 CC—Link現場總線的遠程通信方式 CC—Link為開放式結構，可連接其他公司的控制設備。采用輪詢通信方式，同步方式為幀同步。主站控制數據鏈接的啟停和循環傳送，即周期性地將遠程設備站的數據進行通信。也可用專用指令對智能設備站和本地站進行瞬間通信。 用CC—Link現場總線進行遠程通信，不加中繼器最長傳輸距離為1200m，這時傳輸速度為156kb／s。也可進行高速控制，最快傳輸速度為10Mb／s，這時傳輸距離為100m。3條炸藥生產線各相隔100多m，中心控制室設在距各生產線200 m左右的地方。管理部門在距中心控制室100m，距生產線200多m的地方。安裝在中心控制室的主站控制器的主站CC—Link通信模塊通過CC—Link總線連接到各生產線上的從站控制器的CC—Link通信模塊進行通信。傳輸距離設為600m，此時傳輸速度為625 kb／s。采用專用高性能電纜連接，625 kb／s傳輸速度時傳輸距離可達900m。 總線上可根據需要添加遠程從站最多至64個。最大可鏈接2048／2048點遠程I／O（RX／RY）、256／256點遠程寄存器（RWw／RWr）。每站中最大可鏈接32／32點遠程I／O （RX／RY）、4／4點遠程寄存器（RWw／RWr）。RX，RY，RWw，RWr被分配到CC—Link模塊的緩沖存儲器（BFM）中。每個遠程設備站最大可占用4個站，可連接128／128點遠程I／O、16／16點遠程寄存器，能滿足各條生產線控制的需求。 6．1 數據鏈接流程 啟動數據鏈接：主站正常，準備就緒，寫入刷新指令，通過事先記錄到E2pROM 中的參數啟動數據鏈接。讀遠程設備站的數據鏈接狀態，輪詢正常從站數據。當數據鏈接正常時，表示數據鏈接狀態的鏈接特殊繼電器的相應位變為0N， 這時從站可收發數據。 遠程輸入：遠程設備站的遠程輸入（RX）和遠程寄存器（RWr）的數據會在每次鏈接掃描時自動保存到主站中的緩沖存儲器相應的輸入（RX）繼電器和數據寄存器（RWr）中去。 PCC通過使用FROM指令來接收保存在緩沖存儲器遠程輸入（RX）和遠程寄存器（RWr）中的狀態到相應的內存繼電器和內存寄存器中。再傳送到上位機，通過相應（RX）的內存繼電器的值顯示生產線工作流程狀態，相應（RWr）的內存寄存器的值顯示生產線實時數據。 遠程輸出：上位機根據生產流程控制主站PCC相應的內存繼電器的開關狀態，設定工作參數寫入主站PCC相應的內存寄存器，PCC通過使用TO指令從這些內存繼電器和寄存器輸出數據到緩沖存儲器輸出（RY）和寄存器（RWw）。 保存在緩沖存儲器的輸出（RY）和寄存器（RWw）的數據會在每次鏈接掃描時自動傳送到相應的遠程設備站的遠程輸出（RY）和遠程寄存器（RWw）中去。 數據鏈接流程見圖4。 6．2 設定參數 主站需設定的參數有：連接模塊的數量；傳輸速度；連接的每個遠程站點的類型、站號、占用站的數目；重試的次數；自動返回模塊的數量；CPU出錯時的指定操作；預留站點的指定；錯誤無效站的規格。預先把這些參數記錄到主站模塊中的E[sup]2[/sup]ROM中，這樣在每次主站模塊啟動的時候不需要每次都寫人參數。 各個從站也要設定相應的通信參數（站號、占用站的數目、傳輸速度）和編制相應的通信程序。 7 中心監控站監控軟件 中心監控站采用研祥工控機，監控軟件在亞控公司的組態軟件Kingview 6．5平臺上開發。設計了以下功能： （1）建立與主站控制器的連接。組態軟件支持串口、數據采集板、DDE、人機界面卡、網絡模塊等通信方式。通過主站控制器的RS—232接口連接中心監控PC的COM1串口，進行主站控制器程序與組態軟件的通信。通信驅動程序和組態程序已作成一個完整的系統，只須設置相應的I／O設備的通信參數即可。 （2）建立數據庫。數據庫是編制組態軟件的關鍵，工業現場的生產狀況要以動畫的形式反應在屏幕上，同時工程人員在計算機前發布的指令也要迅速送達生產現場，所有這一切都是以實時數據庫為中介環節，數據庫是聯系上位機和下位機的橋梁。數據庫中存放的是變量的當前值。3條生產線總計設定各種變量點數200多點。 （3）制作多個功能畫面。面向對象編程，制作每個生產線現場仿真畫面和故障報警分類畫面及工作參數設定等各種畫面2O多個。用菜單或按鈕可方便地調出所需查看的畫面。定義動畫連接，用連接表達式在畫面的圖形對象與數據庫的一個或幾個數據變量之間建立一種關系，當變量的值改變時，改變圖形的顏色、尺寸、位置、縮放、旋轉、數值、離散值、閃爍、隱含、填充百分數等。程序運行時在畫面上以圖形對象的動畫效果生動形象地表現出來。 （4）歷史趨勢曲線和實時趨勢曲線。每條生產線定義一個歷史曲線畫面和一個實時趨勢曲線畫面。一個歷史趨勢曲線畫面最多可定義8條曲線，一條曲線對應一個作了歷史記錄的變量，可通過畫面上的各種按鈕查看不同時段的曲線。一個實時趨勢曲線畫面最多可設定義4條曲線，每條實時趨勢曲線對應一個實時變量。 （5）實時數據報表和歷史數據報表。每條生產線定義一個實時數據報表和一個歷史數據報表。報表函數可實現各種運算、數據轉換、歷史數據查詢、統計分析、報表打印。 （6）視頻監控。用視頻控件實現在中心監控計算機上顯示攝像頭拍攝的生產線現場畫面；用棒圖控件制作各點溫度實時數據顯示棒圖。 （7）動態數據交換。利用動態數據交換從組態軟件的歷史數據庫中傳送數據到Excel，制作各種復雜的電子表格，用于生產管理。 （8）連接工業以態網。組態軟件運行在基于TCP／IP網絡協議的網上，作為廠級局域網的一個結點，設定TCP／IP通信協議、網絡參數、用戶信息用表，向網絡上發布相應的生產線上的各種信息，供管理人員監視。 8 結束語 基于CC—Link現場總線的遠程集散控制系統在炸藥廠家的實現，大大提高了炸藥生產的可靠性和安全性，提高了工廠的技術水平、管理水平和生產效率，并提高了產品性能指標和質量。該控制系統配合乳化炸藥、改性粉狀炸藥、膨化炸藥先進的生產工藝和生產線機械設備，正在全國的炸藥行業大力推廣使用，取得了較好的社會效益和經濟效益。 參考文獻： [1]潘新民，王燕芳．微型計算機控制技術[M]．北京：高等教育出版社． [2]陶永華．新型PID控制極其應用[Z]．北京：機械工業出版社． [3]亞控公司．Kingview6．5使用手冊[Z]． [4]三菱電機．CC—Link系統模塊用戶手冊[Z]． 原文定點擊下載：基于CC—Link現場總線的遠程控制系統.pdf