1 開發(fā)需求與背景

橡塑制品在我國工業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍，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業(yè)生產(chǎn)潛油泵、油田泵、輸油管等用的專業(yè)型橡塑制品廠家，由于橡膠硫化需要在一定的時間、溫度以及壓力下才能硫化，傳統(tǒng)的硫化控制方法靠擋車工人憑經(jīng)驗確定，存在著許多弊端，導致橡膠欠硫、過硫，極大影響了橡塑制品的質(zhì)量，2002年我們?yōu)樵摴静捎勉?a target="_blank">嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器I-7188以及嵌入式受控型I-8410以及I-7000遠程控制模塊集成了一套分布式橡塑硫化機的監(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，利于公司計劃、分析，取得了較好的經(jīng)濟效益?，F(xiàn)將系統(tǒng)設(shè)計概述如下。

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)簡單，但是一旦I-8421出現(xiàn)當機，平板硫化機將無法正常運行，同時，由于許多的控制參數(shù)存放在上位機上，無疑使上位機的負擔增加，相對而言，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，但I-87K4無控制功能，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)存放在上位機上，I-7188EAD承擔著雙重作用，平板硫化機的本地控制由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的通信信號消失或者出現(xiàn)故障時，控制功能由I-7188EAD托管、并由I-7000執(zhí)行（復用），但此時控制功能比較簡單，僅僅是溫度與壓力檢測、硫化定時而已、需手動開啟平板客戶機，無系統(tǒng)設(shè)備故障監(jiān)測、溫度的PID調(diào)節(jié)等，在第三種方案中，由兩級控制器實現(xiàn)了雙機冗余，現(xiàn)地控制同時也有兩套組成，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單，均可實現(xiàn)平板硫化機的控制，從而實現(xiàn)了控制器冗余、執(zhí)行器備用/復用的功能，滿足現(xiàn)代過程控制［1］的要求，極大提高了系統(tǒng)的安全性、可靠性，滿足了用戶“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，整個工藝過程為：首先系統(tǒng)開啟、服務(wù)器、I-7188EAD、I-8410以及I-7000全部進行一次握手信號的檢測，檢查系統(tǒng)的通信是否正常，由于不同的橡塑產(chǎn)品硫化時其工藝參數(shù)不同，工藝控制服務(wù)器給I-7188EAD傳送工件號，并將溫度、壓力、以及時間下放到I-7188EAD，以備控制I-7000，I-7188EAD同時也給I-8410傳送上述信息，以備I-8410按照服務(wù)器的指令進行工藝控制。在控制過程中，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，并且托管控制系統(tǒng)，以使I-7000開始工作，同時將發(fā)出控制信號，使I-8410的電源斷開、1分鐘后，再次發(fā)出控制信號，使I-8410重新上電，恢復正常運行。待通信恢復正常后，I-7000退出控制，I-7000在整個控制過程中，除其備用執(zhí)行控制功能外，還要承擔蒸汽管路10個電磁閥、12路斷路器、12路吸合器的實時控制與監(jiān)測，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，滿足了設(shè)計要求。分布式平板硫化機組控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖見圖２所示。

圖2：分布式平板硫化機組控制系統(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)置實時時鐘，看門狗定時器、內(nèi)置MiniOS7操作系統(tǒng)、具有64位硬件唯一序列號，支持用戶程序加密、含有與NE-2000兼容的10BASE-T網(wǎng)絡(luò)控制器、支持TCP/IP協(xié)議。它具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，萬一主控計算機當機，所有的輸出模塊就進入預設(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。

2.3.2I-8410配置

I-8410是一款PC-Based嵌入式控制器（受控型），能擴展4個并行控制I/O模塊，有256KB Flash ROM以及128KB SRAM、2KB EEPROM、內(nèi)置看門狗定時器利于系統(tǒng)安全可靠運行、且內(nèi)置專用MiniOS7操作系統(tǒng)，適合用TC編寫控制程序，具有3個COM口，其中COM2為RS-485通信口。它同樣具有獨特的雙看門狗安全設(shè)計，當程序當機時，可瞬間重新開機，且和每個I/O模塊有軟件看門狗互鎖，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隔離開關(guān)量輸入模塊、I-7042隔離O.C.門輸出模塊、I-7080頻率/計數(shù)輸入模塊，其作用與I-8410選用的同類模塊相同，在此不再贅述。

3軟件設(shè)計

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)運行才能使系統(tǒng)的可靠性提高，因此，本系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(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)編程和存儲一定的數(shù)據(jù)，在程序設(shè)計時，其通信的心跳信號是I/O信號，相互之間僅傳送必要的控制信息并加以存儲。在MiniOS7操作系統(tǒng)下、利用TC2.0以及各自的庫函數(shù)編寫。其流程圖見圖3所示。

圖3：I-7188EAD與I-8410之間的通信

3.2 I-8410的控制程序

I-8410的控制程序比較簡單，由于泓格提供了大量的對相應(yīng)模塊控制的庫函數(shù)，在用TC2.0編寫時可以直接通用，給用戶極大的方便。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DO信號輸出給外部指示燈）、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)計過程中，工藝控制服務(wù)器主要與I-7188EAD進行通信，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，極大方便了上位機的編程過程。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)管理人員計劃、統(tǒng)計。該段程序主要有人機交互界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫存取方式設(shè)計、IE的發(fā)布與瀏覽設(shè)計、系統(tǒng)故障診斷設(shè)計、系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及安全性設(shè)計（防火墻的設(shè)計）、報表設(shè)計、文件系統(tǒng)管理設(shè)計、文件輸出管理設(shè)計（報表輸出、打印、管理）等。

4應(yīng)用體會與心得

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特的雙看門狗安全設(shè)計，且和每個I/O模塊有軟件看門狗互鎖，并有專用的穩(wěn)定的MiniOS7操作系統(tǒng)，大幅提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，同時系統(tǒng)采用控制器冗余、控制執(zhí)行器復用，節(jié)約了投資成本，提高了企業(yè)和系統(tǒng)開發(fā)者的經(jīng)濟效益。本系統(tǒng)運行一年有余，一直比較穩(wěn)定運行，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，降低了勞動強度，深受使用單位好評。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)濟效益。