[摘 要]：論述包裝生產線的分布式監控診斷系統在國內外開發研究的現狀，并針對一具體包裝生產線的生產特點分別對硬件、軟件進行了設計。該設計具有較大的推廣價值，有一定的實效性。 關鍵詞：分布式監控診斷系統；單片機；PLC 分布式監控診斷系統（Distributed Monitoring and Control and Diagnosis System）是針對大型成套設備主機和多輔機功能分布和地域分布的特點，通過工業局域網把分布各局部現場、獨立完成特定功能的本地微機互聯起來，以達到資源共享、協同工作、分散監視和集中操作、管理、診斷的目的的工業計算機網絡系統；同時，該系統可通過遠程通信支持遠程監視、診斷功能，通過網絡互聯與生產控制系統、企業MIS網絡以及Interwet聯網遠行，它是以微型計算機為核心的計算機技術、設備故障診斷技術、網絡通信技術、CRT顯示技術竟相發展并緊密結合的產物。 近幾年來，國外一些著名的設備狀態監測系統公司已相繼推出了成套的在線分布式監測系統，國內也有數家科研單位和廠家正在從事這方面的研究和開發工作，但總體而言，還是剛剛起步，處于探索性研究和實驗性應用階段。加強這方面的研究，促使分布式狀態監測與故障診斷技術盡快走向成熟，完善和應用到生產實際中，是設備監測診斷領域的迫切任務。 在國外科技發達先進的國家，對包裝生產線的監控和診斷的研究已經開展，但還沒有完全成熟的技術去應用到現實生產中去；國內，盡管在單機（指針對生產線上的某一具體設備）已經實現了自動化控制，但整條包裝生產線的智能控制還相當落后，生產線整體的自動化程度極低。對包裝生產線的智能控制的研究還處于剛剛起步階段，對于其上的故障診斷的研究還沒有真正意義上的開展。 1 包裝生產線分布式監控系統的總體設計 1．1 包裝生產線概況 本包裝生產線的監控、診斷系統所依托的是由江蘇丹陽“僅一包裝設備”公司所生產的包裝設備所組成的包裝生產線，即該生產線上的主要設備，如包裝機、填充機、運輸選別機等設備均為“僅一”公司的產品。具體地講，生產線上使用的提升機型號為TDTGK50/28A，使用的稱重填充機和立式包裝機型號分別為高速2000型填充機和雄師2502SF立式包裝機，所用的運輸、選別機為神鷹Ⅱ型輸送選別機。 1．2 包裝生產線分布式控制系統 包裝生產線分布式控制系統簡圖見圖1。從上包裝生產線分布式控制系統簡圖可以看出：散裝粉粒狀物料通過外部運輸機構送入大料倉，然后在提升機PLC控制子系統的控制下給小料倉加料，完成包裝生產線的上料工作；由單片機控制子系統控制的充填機將物料定量成一定規格的單份物料，然后準備對包裝袋進行物料的充填；包裝機在PLC控制子系統的控制下通過制袋、充填、封口等工序將物料包裝成袋裝的產品；稱重檢測選別、輸送機在單片機控制子系統的控制下完成包裝成袋產品的輸送、稱重、選別、剔除等工作，最后將它們運送到裝箱點。 從通信、監控、診斷角度上講，在如圖所示的包裝生產線分布式監控診斷系統中，中央IPC為上位機，兩個單片機和PLC為下位機。上位機利用RS-232/RS-485轉換器與下位機連接通信。上位機給下位機分配任務，并接收下位機在現場檢測到的各種資料，經過處理后再次向其下位機發出各種控制命令，以實現對被控對象的監控。本系統采用先進的分散控制、集中管理的網絡控制，即采用兩個單片機和PLC分別在不同的地點工作（注：為了提高包裝的質量和速度，其中控制充填機的單片機與控制包裝機的PLC要在充填和橫封時協調工作，所以，兩者時序上需要協調，而不完全獨立），互不依靠，并應用網絡技術將兩個單片機和兩個PLC連網，以便收集各地點的信息，進行集中監督管理，做到指揮權集中，控制權分散。通過控制權分散，獲得危險分散，最終達到提高系統可靠性的目的。具體地講：中央IPC機起著集中操作和管理的作用；兩個單片機和兩個PLC控制子系統是分散過程控制裝置；它們之間相連的RS-485總線就起到數據傳輸和通信的作用。它們一起構成了整個分布式監控診斷系統，整個系統的設計包括硬件和軟件2個部分。 1．3 系統硬件構成 結合市場的購買條件，并根據包裝生產線的特點，本系統對所用的PLC、單片機及接口總線進行選型：在硬件的選用上，兩個可編程序控制器（PLC）采用日本三菱公司生產的FX2系列的PLC；兩個單片機采用AT89C52型號，它是美國ATMEL公司生產的；中央PC機選用工業控制機IPC610（它帶有2個RS-232C通信口和輸入輸出板，便于數據采集和系統故障診斷系統的設計）；采用RS-485總線來實現分布式測控系統中上下位機之間的串行通信。 1．4 系統軟件構成 系統軟件是構成整個包裝生產線監測控制診斷系統的重要部分，它對整個系統工作性能的好壞將起到決定性的作用。根據該系統的功能要求，按照一般軟件系統開發的一般步驟，通過對系統功能的分類和研究，在選擇相應的開發工具的基礎上，大體可以把整個軟件系統分為通信軟件、監控軟件和診斷軟件3大部分。軟件構成總圖見圖2。對于不同的部分，可以選擇不同的開發工具，按其性能的不同要求進行開發，以求達到預期的效果。 1．4．1 通信軟件 計算機在進行數據的發送與接收時，傳輸線上的數據流動情況可分為3種情況：單工（線上的數據流動只有一個方向）；半雙工（數據的流動為雙向，但同一時間只能一個方向行進）；全雙工（同時具有兩個方向的傳輸能力）。RS-232使用的是全雙工模式；RS-485則是半雙工模式。 結合串行通訊的特點及包裝生產線的性能要求，本系統采用串行異步通訊方式，其工作為半雙工工作模式。 根據包裝機分布式監測控制診斷系統的硬件構成可以知道：其通信系統主要包括3大組成部分：單片機控制子系統與中央PC機的通信、PLC控制子系統與中央PC機的通信及中央PC機與遠程監控PC機的通信。從而在軟件的構成上也就需要由這3個部分組成，它們一起構成整個系統的通信軟件。 1．4．2 監控軟件構成 要在上位機（IPC機）上編制監控軟件，以實現對下位機的監視控制功能。按照模塊化的程序設計思想，將監控系統上位機管理軟件按照功能將其分為兩個模塊：數據庫和人機交互。這兩個部分是有機的結合在一起的，并不是完全分離的。數據庫部分主要是設計一個良好的數據庫結構，利用數據庫引擎提供的各種功能，方便管理人員對數據庫中的數據進行各種查詢統計；數據庫部分主要進行數據的存儲（包括從IPC向下位機發送的運行參數以及下位機向IPC發送的運行狀態數據）。監控軟件主要完成對下面4個下位機各種生產狀態的判斷等操作，并且將最終結果的數據存儲在數據庫中，它又分為總貌畫面、各監控點畫面、實時曲線與歷史趨勢等部分。 1．4．3 診斷軟件構成 智能診斷系統通常由知識庫、學習模塊、綜合數據庫、推理機、解釋機構、決策機構和診斷信息采集機機構組成。存貯與管理診斷專家知識的知識庫包括診斷領域公認的事實和規格、診斷方式和策略、以及領域專家經過多年實踐獲取的經驗知識等。這些知識是用戶通過學習模塊不斷輸入、修改、補充和更新而獲得，在故障診斷過程中，診斷信息采集機機構借助現代測試手段獲取設備運行狀態信息，并對信息進行預處理，推理機利用知識庫中的知識及綜合數據庫中存貯的中間信息對診斷信息進行推理，并控制、協調整個系統。決策機構診斷結果反饋于診斷設備，進行調試、維修或控制（或輸出給用戶）；在推理過程中，用戶可以使用解釋機構解釋推理過程，回答用戶的提問、并為用戶提供使用和維護的方法。 本系統采用模糊診斷技術對包裝生產線系統進行故障診斷，按照模糊診斷專家系統的結構、功能和原理，該診斷軟件由典型故障譜圖、知識庫建立和維護、故障診斷等3部分組成。 2 結 語 分布式監控診斷系統具有分散采集，集中監視、診斷和管理，可靠性高，網絡互聯能力強，系統功能強等特點。本文對包裝生產線的分布式監控診斷系統進行了總體設計（包括硬件、軟件的設計），對包裝生產線分布式監控診斷系統的研究和開發，在包裝工程學科和計算機自動控制方面都具有重要的學術價值，在生產實踐中也有較大的應用推廣價值。 轉自：包裝工程