1 引言 全自動計量配料控制系統在各行業的應用已屢見不鮮，如:冶金，有色金屬，化工，水泥建材，食品等行業。它是成品生產的首要環節，特別是有連續供料要求的行業，其配比的過程控制直接影響了成品的質量，它是企業取得最佳經濟效益的先決條件。雖然行業各自不同的工藝特點對配料控制要求也不同，但其高可靠性，先進性，開放性，免維護性，可擴展性是各行業所追求的一致目標。隨著it技術的普及應用，工廠自動化將直接進入e時代，其中計量自動化scada也是一個重要的環節。 2 系統功能 基于以上目標，我們為某行業龍頭企業設計、制造了一套全自動的多品種混合配料計量、預計量、輸送、金屬檢測、包裝計量、分選計量等功能的機電一體化生產線。其中動態計量秤，通過二級現場總線，會同plc，hmi/ipc無縫地組成三位一體的閉環動態配料系統，其中工控機經hub及以太網連入工廠erp/mis。整個配料過程嚴格按照所選擇的配方比和流程進行，并有多級報警記錄，完成不同原料混勻給料及物流控制，實現了管控一體化，優化了過程控制的性能和效率。它將是一種目前基于fcs配料計量監控系統的先進解決方案，符合開方性的計量自動化發展趨勢。 本系統工藝流程如圖1所示。 [align=center] 圖1 系統工藝流程[/align] 3 系統配置 本系統下位機采用了三菱電機的melsec-a2sh系列plc為主控器，并配以got-f940觸摸屏為下位人機介面（hmi），計量控制由12臺上海大和衡器（shanghai yamato）的cfw定量給料機（constant feed weigher）組成。它們之間通過cc-link現場總線聯網，以實現數據采集與控制，來確保系統的可靠性和實時性。上位機部分選擇研華ipc610工控機作為監控站，配以microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系統和世界著名的監控軟件citectscada 5.30為scada系統的軟件平臺環境，系統軟件具有豐富的流程操作、監控、通訊、報警、管理、趨勢、報表記錄和冗余等功能，并具有較強的診斷能力。系統的硬件和軟件是控制系統的有機體，以上配置確保了系統完整性、一致性、兼容性和成套性，適應在工業環境下能長期穩定運行，并具有電、磁、震抗干擾的能力，保證了整個系統的安全運行要求。 系統具有如下功能特點: ·監控生產現場的實時數據及工藝流程; ·瀏覽各實時/歷史趨勢畫面; ·處理反映各種過程報警和歷史報警; ·瀏覽查詢/打印實時/歷史生產報表; ·修改管理生產過程參數和狀態; ·為企業決策者提供工廠底層實時數據; 本配料系統結構與網絡配置如圖2所示。 [align=center] 圖2 配料系統結構與網絡配置[/align] 3.1 下位機結構及組成 在本工程中所采用的12臺cfw主要是來完成原料流量控制，其核心為cfc-200儀表，它集調節與演算為一體的多功能計量控制器，其中cpu為摩托羅拉68k系列，它集大和衡器出眾的儀表設計技術，具備足夠的抗干擾性能、多樣化接口、自診斷功能、自整定pi調節功能等特長，并配以上海大和c3級電阻應變式荷重傳感器（loadcell）、安川電機的電流矢量型變頻器616g5和德國sew高性能變頻電機，組成一個完整的機電一體化產品，確保了計量和控制的準確性，其系統精度達到±0.2%。 下位機選用三菱melsec-a plc共2臺組成雙機冗余結構，它具有先進、高速、可靠、大容量的特點，其中plc1為主控，plc2為后備冗余，當發生故障時，便可實行主備plc間的無擾切換，也可作為將來工程擴充用。由于12臺cfw分布較分散，故選擇cc-link總線與plc相連。下位hmi為got940 lcd觸摸屏，以確保工藝數據正確和及時在上位pc監控站和觸摸屏上得到雙重響應和顯示，即使上位發生故障或失效，也不影響整個流程控制。觸摸屏的監控畫面雖沒上位hmi豐富，但也基本覆蓋整個系統的監控和操作。 3.2 cc-link概況 cc-link是三菱電機公司以高性能、低成本、多廠商支持為目標于1996年推出的第二代開放式現場總線，是control & communication link（控制與通信鏈路）的簡稱，2000年11月，cc-link協會成立，專門負責cc-link在全球的普及和發展。 開放式現場總線cc-link具有性能卓越、應用廣泛、使用簡單、節省成本等突出的優勢。cc-link采用雙絞線為連接介質的主從結構，最多支持64個從站，采用廣播論詢方式，最高可達到10mbps速度。plc或計算機作為cc-link主站，配以aj65sbt-rpt中繼器最遠距離可達13.2km。網絡總線最大的循環數據容量為2048個點，512個字;最大瞬時傳送數據量為960字節。cc-link具有預約站功能、自動刷新功能、即插即用功能和主站熱備、子站脫離、站上線回復、監控測試等完備的ras機能。cc-link在使用上，硬件開關設置、接線（3芯屏蔽線）和系統組態（參數設定即可）都非常方便和簡單。 目前cc-link支持多達360種設備，如:遠程i/o、傳感器、稱重控制器、調節器、電磁閥、變頻器、觸摸屏等等。并得到220多家廠商支持，如:松下電工、大和衡器、橫河、西門子、digital、nec等等,cc-link也是目前唯一能與歐美現場總線標準抗衡的亞洲產品。 上海大和的定量給料機（cfw）是作為遠程設備從站形式連接cc-link現場總線的。 3.3 組態及編程 plc編程以三菱gx developer7.0為工具平臺, 采用符號化的梯形圖編寫，并充分考慮系統資源，多用宏應用，減少掃描時間，提高實時控制性。melsec-a plc為cc-link主站，由主站模塊a1sj61bt11控制從站（cfc-200控制器）的運行和數據刷新，在網絡組態時，可將初始化程序通過plc來完成網絡設備參數的設定，寫入主站的eeprom中，在運行程序中，主從站之間的數據交換是自動鏈接更新的，主cpu只需用from/to指令即可從緩沖存儲器中存取從設備信息。 上下位機的通信選用modbus通訊協議（rs485方式），網絡結構是主從結構，通信介質為雙絞線，它是modicon公司早期所引用發展,是一種經典開放的串行通信協議，在工業控制領域應用非常廣泛，是事實上的工業網絡標準。它支持21種功能代碼，并可與工廠中其它眾多廠商的不同產品進行通訊。本系統中采用的modbus協議是以rtu（binary） 格式封裝，采用crc錯誤校驗,可以較高的通信效率傳送信息。它的衍生協議modbus/tcp可應用于ethernet設備間的通信，符合當今網絡發展趨勢。 3.4 監控系統詳述 監控系統是以citectscada 5.30 32位工控軟件為開發和運行平臺，citect是世界領先的scada產品,它是基于windows nt平臺用于分布式控制系統的scada軟件，具有獨特的“可伸縮結構”,它向用戶提供了極大的應用靈活性和系統開方性，在工業自動化領域有著廣泛的應用，是當今優秀的自動化軟件之一。 （1） citectscada citectscada內置一個cicode腳本的實時多任務程序語言，利用它所提供的豐富函數庫，可靈活地開發出復雜的應用程序，這是它優于其它scada軟件的特點之一。監控系統采用樹型結構，具有多種畫面調用手段，以方便操作使用。系統畫面分菜單主頁，配料總貌監控、設備監控、配方管理、趨勢組記錄、報警組記錄、報表、操作日志、調試維護、幫助等畫面。為保證系統的安全可靠運行，監控系統提供多級用戶管理功能, 分為操作員、管理員和工程師三種權限，以保證系統的安全機制。在本配料監控系統的開發中，結合了實際工藝狀況和充分利用citectscada的特長，主要完成了配方設置、流程選擇和切換、流程聯鎖、流程起動、順序停止、故障停止、流程報警、總量的定量控制、配料流量調節及產量統計計算等功能。 （2） 系統界面 系統部分界面圖如圖3、圖4、圖5所示。 [align=center] 圖3 配料系統界面[/align] [align=center] 圖4 配料總貌界面 [/align] [align=center] 圖5 配方管理界面[/align] citectscada采取了c/s結構方式，以輸入/輸出服務器（i/o server）形式經以太網鏈路（tcp/ip協議）連入工廠erp/mis，citect提供了dde/netdde，opc，odbc/sql，com/dcom,ctapi等通用方法實現基于windows應用程序和i/o之間的數據交換。本配料系統中的歷史數據以odbc/sql方式訪問數據庫服務器microsoft sql server 7.0。而實時數據的交換,選用citectscada所提供的ctapi接口，它適合多種數據交換，使用更為靈活，它避免了各應用程序的代碼冗余，提高了內存的利用率，它以dll函數提供外部的應用程序（vb，vc++等）接口，使用戶應用程序可直接對citectscada的tag變量進行操作，并支持通過tcp/ip的遠程ole api功能。 （3） vb調用dll函數的步驟，按先聲明后調用的步驟: vb調用dll函數的步驟，按先聲明后調用原則: ·public declare function ctopen lib"ctapi.dll"（byval scomputer as string, byval suser as string, byval spassword as string, byval nmode as long） as long. ·public declare function cttagwrite lib"ctapi.dll"（byval hctapi as long, byval stag as string, byval svalue as string） as long. ·public declare function cttagread lib"ctapi.dll"（byval hctapi as long, byval stag as string, byval svalue as string, byval dwlength as long） as long. ctopen（）:連接citect api. cttagread（）:讀出citect i/o 變量. cttagwrite（）:寫入citect i/o 變量. 從上可見dll函數使用類似于vb自己的函數應用，非常簡單。可使用戶通過內部企業網上任何一臺工作站來監控實時數據和查詢歷史數據。 4 實施總結 本配料系統投入運行至今已三年多，系統十分穩定可靠，操作維護容易，項目實施中的體會: （1） cc-link作為第二代開放式現場總線，本系統中采用國產通信屏蔽電纜，在現場惡劣環境中一次開通成功，通信速度達10mbps。 （2） citectscada 5.30的配方（recipe）功能由腳本語言cicode編程來擴充完成。而其最新版本citectscada已將cirecipe以activex控件形式集成在標準配置內，從而大大提高了組態效率。 （3） 為今后系統功能的擴充。 5 結束語 綜上所述，基于開方式現場總線產品配以plc/pc及工控軟件所組成的scada系統架構，具有靈活多樣性、先進性、開方性、實施周期短、成本（包括運行、維護、升級等成本）低等特點，它可將來自不同公司的不同類型產品無縫地自由組合成一體，并以一體化的網絡平臺技術為基礎，實現了安全、透明、經濟的需要。其中以現場總線結合以太網的解決方案是今后自動化領域發展的主流和熱點，相信在各行業的使用將越來越多。 參考文獻 [1] 陽憲惠. 現場總線技術及其應用[m]. 北京:清華大學出版社，1999. [2] 覃 強. 源于亞洲，面向世界的開方式現場總線[j]. 國內外機電一體化技術，2001,（5）. 作者簡介 鐘 華（1964-） 男 上海大和衡器有限公司電氣工程師，主要從事于稱重及自動化方面的設計、研究和應用工作。