西门子6ES7340-1CH02-0AE0千万库存

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一、引言

随着交通道路的不断发展，作为其一个重要环节的隧道，其数量不断增加，建设、稳定、、经济的隧道监控系统已经成为工程界和公路营运管理部门共同关心的问题。现代控制技术的发展大大提高了公路交通的信息化和智能化程度，与3C技术相结合的PLC以其的性、抗干扰性以及灵活的控制方式成为隧道监控系统的控制器，他们与开放的网络通信系统一起，共同推动着隧道监控系统的发展。

二、系统简介

隧道监控系统按照各个子系统分可分为：照明系统、通风系统、交通诱导系统、CCTV系统、火灾报警系统、消防控制系统、紧急电话系统、广播系统等。按照设备的类型分可分为：检测设备、控制设备、显示设备和通讯设备。检测设备如：火灾报警探头、车辆检测器、COVI、能见度仪、风速风向仪等；控制设备如交通区域控制器、照明区域控制器、通风区域控制器等；显示设备如：计算机工作站、大屏幕监视器、声光报警器等；通讯设备如：交换机、集线器、串口信号、光端机等。

当前隧道监控模式主要分为两种，一种是适用于短隧道的集散式控制模式，一种是适用于长隧道的分布式现场总线控制模式。前者布线复杂，造价较高，由中控室对现场设施进行控制与管理，后者施工方便，不但造价较低，而且性较高，其又可分为全分布式现场总线控制和集中式现场总线控制。全分布式现场总线控制模式，中控室对现场设施不直接进行控制，由现场各种设施的控制器进行控制。分布式现场总线控制模式从网络构成来看，一般分3个层次：上层为计算机系统，即本地控制，中间是由各区域控制器组成的控制层，下层为各种检测设备和控制及诱导设备组成的设备层。

本地控制一般由现场监控工作站(控制计算机)、监控系统软件、主区域控制器及相应的附属设施构成，用于实现对整个隧道监控系统的统一监控。监控系统软件运行于现场监控工作站上，并不断与PLC控制器交换数据，实时地把所有设备的当前状态以图表、颜色、闪烁、数值等方式显示在操作界面上；而操作人员在操作界面的每个动作，也由监控系统软件将相关的命令、参数写入PLC，实现设备的手动控制。

隧道控制的思想就是将所有纵向及横向的系统地结合起来，通过算法分析，终实现智能化控制。区域控制器就是其实现的。各区域控制器负责采集现场检测设备的信息，处理后传给本地控制，而本地控制的控制命令则发给区域控制器，再由区域控制器直接控制相应设备。在本地控制与区域控制器通讯中断的情况下，区域控制器仍然具备立控制现场设备的能力。因此区域控制器应且高度。

除现场控制设备，整个系统的通信网络则是保系统能否运行的关键。长隧道、特长隧道以及隧道群的出现已经越来越多，单洞内的区域控制器就越来越多，这就意味着网络的结点在不断增加。通讯网络不仅要具有较高的通讯速率以保大量数据的有效传输，还具有容错的能力以提高通讯的性，即网络上出现故障时能够实现自恢复，同时，构成通讯网络的设备满足工业级要求，以适应隧道内苛刻的工作环境。系统还需要具有很好的可扩展性，使得设备新与增加、功能改善与变化，都能大限度地应用原有系统。隧道监控的环境相对比较特殊，隧道所处的山野防雷非常重要，隧道中的控制箱经常会遇到潮湿甚至漏水的侵扰，而一些高原隧道面临严寒和低空气密度，特别是长大隧道中的汽车烟尘很容易附着在密封不好的控制箱中设备上，这些烟尘具有一定的导电性，从而造成本地控制器等设备的早期故障或损坏。

三、系统构成

隧道监控系统，分布性强，干扰强，环境较差。网络系统对隧道监控、、有效的运行非常重要。在隧道监控系统的结构上，国内公路监控系统在管理体制上主要是三级管理，即管理、管理分和管理所。由于管理所不直接对隧道的设备进行控制，因此工程界按照系统结构的划分把监控系统划分为信息层、控制层、和设备层。针对这三层网络，世界上主流的自动化厂家都有相应的产品，如表一所示。

	信息层		控制层		设备层
	速率	名称	速率	名称	速率	名称
Omron	100M/10M	Ethernet	100M/10M	Ethernet/IP	12M	Profibus/DP
	100M/10M	Ethernet/IP	2M	Controller bbbb	500K	DeviceNet
Schneider	100M/10M	Ethernet	100M/10M	Ethernet	19.2K	Modbus
	100M/10M	Modbus-TCP/IP	1.5M	Modbus-Plus
Rockwell	100M/10M	Ethernet	100M/10M	Ethernet	500K	DeviceNet
	100M/10M	Ethernet/IP	1.5M,5M(<100m)	ControlNet
Siemens	100M/10M	Ethernet	100M/10M	Ethernet	12M	Profibus/DP
	100M/10M	ProfiNet	1.5M	Profibus/FMS

表（一） 三层网络构成一览表

层为信息层，主要负责大量信息及不同设备之间的信息传输，工业以太网Ethernet为目前较常用的一种信息网络，世界各大PLC生产厂商均支持工业以太网，并且他们在原有TCP/IP的基础上，相继开发出实时性高的工业以太网，如欧姆龙和罗克维尔支持的Ethernet/IP，支持的Modbus-TCP/IP以及西门子支持的ProfiNet等。由于Ethernet的信息量大，因此在隧道监控上以太网主要用于各个隧道管理所与监控的，包括各种交通流量信息，各传感器数据等大量历史数据信息。

二层为控制层，主要采用现场总线组成隧道区域控制器网络，其特点是由于采用了标准总线组网，既能满足实时通信的要求，又具有开放协议的标准接口，能在总线上方便的挂接各种外场设备，有利于监控系统的扩展。目前，现场总线有40多种，主要有Controller bbbb、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus。他们的共同特点是高速、高，适合PLC与计算机、PLC与PLC及其它设备之间的大量数据的高速通讯。为使系统的稳定，控制层的网络结构多采用环网的方式组成，包括线缆型和光纤作为传输介质，具体组网将在后面作出实例说明。

三层为设备层，这一层用于PLC与现场设备、远程I/O端子及现场仪表之间的通讯，它们有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已经成为工业界的标准总线而得到了广泛的应用，而Profibus/DP虽然没有成为标准，但是它的应该也相当广泛。

近来年以太网的广泛应用使得人们把目光投向了现场总线上来，工业以太网是否终将取代现场总线仍然是一个争论的话题。然而，不论是Ethernet/IP还是Modbus-TCP/IP，当前以太网在一些重要的性能指标上仍然无法具有现场总线的特点和优势。从本质上来讲，以太网的载波帧听冲突监测CSMA/CD的访问方式，实时性并没有现场总线采用的令牌总线和令牌环的访问方式高，不论人们采用何种方式，如协议封装、分时访问控制等，都只能改善以太网的实时性，起不到本质的改变，隧道控制的一个思想是保证隧道的尤其是突发事件时候隧道的，如果突发事件的发生造成数据访问发生碰撞，使得信息不能及时得到处理而导致重大事故，后果将不堪设想。在当前技术还未成熟之前，现场总线应用于控制层，是一个积和稳妥的选择。但随着以太网技术的不断发展，今后其取代现场总线而用于控制层也是可能的。

区域控制器：

隧道监控对PLC的性能提出了高的要求，作为隧道监控的控制器，其具备以下几大功能特点：本身稳定，并具有预先处理数据和集中传输数据的能力，具有较高的故障保护能力；其次，区域控制器可以立承担控制分区的基本控制任务，即使监控站或者监控因故障停止运行，相邻区域的控制器也能交换交通量信息；再次，当某区域的交通量出现变化时，可按预定方案和程序采取相应的算法，对相关区域的流量做出相应的调整。因此，它至少有如下功能模块，数据采集存储处理功能（实现集中和立工作方式，尤其是在立控制时能与相邻控制器实现数据交换）；通信功能、容错功能、自动诊断功能和本地操作功能（即能带触摸屏）。

欧姆龙（Omron）、（Schneider）、西门子（Siemens）、罗克维尔（Rockwell）、通用电气（GE）是五大PLC制造厂商和整体方案的提供者，他们的产品面向各自不同的领域，其中在隧道监控的应用方面，又以欧姆龙的应用为广泛。

综合考虑整个监控系统的性能要求和自然条件以及运营周期对设备的要求进行选择，尤其在端气候和恶劣环境状况条件。

特长隧道以及隧道变电站需要选择性能好的双机热备冗余的PLC，如Omron的CS1D系列、Schneider的2Quantom系列、Rockwell的2ControlLogix、Siemens的S7-417系列；区别在于Omron的冗余系统是在一个底板上实现，而其他厂家的冗余系统是两个底板通过光纤连接。Omron的冗余系统配置很灵活，可以任意实现双CPU双电源、双CPU单电源、单CPU单电源多种冗余系统。

中长隧道多采用标准的机型作为现场控制器，如Omron的CS1系列、Schneider的Quantom140系列、Rockwell的ControlLogix、Siemens的S7-400系列等；他们都支持工业以太网和多种现场总线，控制方式采用远程带CPU的智能分布式结构，系统开放性和兼容性强，丰富的I/O及高功能模块，满足隧道监控系统对信号处理的要求。由于Schneider和Siemens的PLC体积较大，因此在施工过程中需要考虑预留洞的大小。

一般短隧道以及现场条件较好的工况下，为考虑成本可以选用经济型的机型作为现场控制器，如Omron 的CJ1系列、Siemens的S7-300系列等；他们的共同特点是体积小，各模块采用侧连接的方式，功能较为齐全；不足之处在于程序容量较小，模块出现故障装卸不便。

四、实际案例

下面以天津津蓟高速公路为例，具体说明隧道监控系统的实际应用。

天津津蓟高速公路延长线工程起于蓟县县城以西，与既有的津蓟高速公路相接，经蓟县西穿过盘山山区后与北京京平高速公路相接，路线全长15.47公里，设计4车道，包含2座隧道，莲花岭隧道和大岭后隧道。

根据隧道监控要求以及总体布局情况，隧道监控自动控制系统遵从“集中监视管理、分散控制”的原则，包括监控系统、现场控制站、通讯网络等。系统各部分有相对立性；22个现场控制站根据工艺区域划分，分别设于大岭后隧道（12套PLC现场控制站）、莲花岭隧道（10场控制站）。根据设备分布和控制特点，在现场控制站下还挂有远程数据采集单元，或智能控制装置。实现就地工艺区域内的数据采集和过程监控，并与调度管理站和其它控制站进行通讯。

根据被控对象对连续运行性的要求，现场控制站的PLC选用OMRON公司的CS1D系列处理器。PLC现场控制站通过光纤冗余环网Ethernet与控制室计算机联接。远程I/O站通过DeviceNet现场总线网络连接在相应的PLC控制站上。现地控制站既能够立进行现场各开关量、模拟量的数据采集和控制，又能够通过网络间的数据传送，将各仪表及泵阀等状态信息传送到上位机，完成控制室的实时监控。

下面以莲花岭隧道为例，介绍其监控系统的组成。大岭后隧道的网络结构如之雷同。

图（一） 莲花岭隧道网络拓扑图

根据隧道内监控设备的分布和工艺过程的要求，分别在大岭后隧道设置12场控制分站（PLC1——PLC12）。莲花岭隧道设置10场控制分站（PLC1——PLC10）。

每一套PLC控制装置作为一个现场控制站，或作为一个数据采集单元，监视和控制就地区域的生产过程，并通过通讯网络与调度管理站及其它现场控制站进行通讯。中控室能够观察到一些重要的运行状态和工艺参数，对现场设备进行操作及控制参数的设置和修改。

大岭后隧道设置的PLC11和PLC12两场控制分站将安装于隧道的低压配电室内负责照明和通风设备的监控和数据采集，其它10场控制分站均匀分布于隧道内两侧负责现场仪表及交通信号设备的控制及信号采集。各分站之间采用10/100 Mbit/s自适应工业以太环网(EtherNet/IP)，对等方式通讯。

莲花岭隧道设置的PLC9和PLC10两场控制分站将安装于隧道的低压配电室内负责照明和通风设备的监控和数据采集。其它8场控制分站均匀分布于隧道内两侧负责现场仪表及交通信号设备的控制及信号采集，以上各分站之间采用10/100 Mbit/s自适应工业以太环网(EtherNet/IP)，对等方式通讯。

区域控制器的功能：

（1）收集本区段设备的信息，包括CO器、能见度检测器、车辆检测器等；

（2）对收集信息进行预处理，并储存在本地的存储单元内；

（3）隧道内的区域控制器的存储单元中处理好的信息上传给隧道管理站计算机；

（4）接收隧道管理站计算机的各种控制命令，将控制命令和设备运行状态比较后，发出对下端执行设备的控制指令。（如发给车道控制标志、交通信号灯等的指令）。

（5）可存储几个常用和特殊的程序，如交通事故处理程序、火灾紧急处理程序等。

（6）本地控制器设有手动控制单元。当通信中断或其它原因和上端失去联系时，可进行手动联动操作，且手动。

（7）具有自检功能。

五、改进与发展

当前我国隧道监控系统的设计和实施正处于一个成长的时期，同时贵州省内的高速公路正处于大规模建设的阶段，如果建设加的隧道监控系统，保证建设以及营运的是当然我们面临的问题。为此，我们考虑到以下几点：

一方面要兼顾系统的稳定、与可控，也要反映系统的、经济与可扩展，同时也要使操作便捷与维护方便；另一方面，针对不同的交通条件和功能要求确定系统的规模和冗余度的大小，确定系统的合理集成方式、系统网络的构成与拓扑结构形式以力求系统的性、稳定性、性与经济性的结合。

另外，除考虑系统的规模和设计方法外，也要考虑新技术的应用，使整个系统既又实用；从系统的结构来看，当前普遍采用三级隧道管理和分布式现场总线控制方式，事实上，主从式结构的现场总线如Profibus，由于系统的性受主控制器的制约，并不适用于全分布式现场总线控制，采用对等的自愈网络是今后的一个发展趋势；从系统的控制来看，当前监控普遍存在着只监不控，或监强控弱的现象，交通信息、环境信息得不到很好利用，对于隧道控制，要针对不同现象，采用不同的控制方法。

1 、概述
大庆油田气红压深冷装置是气分公司大的气处理装置，每天处量达到90万方，生产轻烃200余吨。根据气深冷分离装置自动化监控系统的设计要求，由于相关的PLC设备分布广泛，监控功能要求自动化程度高，而且有关的信息要及处理，并要易于管理。因此自动控制系统以OPTO 22公司SNAP I/O系统作为骨干框架，结合其其易用的应用开发组态软件包Factory Floor Suit 4.0c，在32位的bbbbbbS操作系统平台上，开发出既能很简便完成系统各种监控功能，又具有使用灵活的人机界面的气深冷分离装置自动化监控系统应用软件，监控装置区各工艺点的温度、压力、差压、调节阀、电磁阀等。装置内压缩机、膨胀机、丙烷制冷机、ESD紧急停车系统等与OPTO22 SNAP I/O系统通过通讯进行数据交换，由于机组自带的PLC系统出自多个厂家，通讯标准不同，技术难度较大。
我们通过不断摸索、实践，在较短时间内，顺利完成了多个系统间的通信问题，使系统具有性高、兼容性强、操作简便等优点，并且为项目节省了投资。
2、通讯系统的要求
1) 具备实时通讯功能，利用OPTO22 产品的强大的通讯优势，将生产数据实时传输到OPTO22 SNAP I/O系统。
2) 完善的监控功能。OPTO22 SNAP I/O系统接收到机组通讯传出的报警信号，能够及时记录并执行相应现场控制流程。
3) 支持多通讯协议；
4) 良好的中文人机界面；
5) 采用工业组态软件实现，便于维护、扩充和升级；
3、技术实现
红压深冷装置项目由压缩机控制子系统、膨胀机控制子系统、丙烷机控制子系统、ESD紧急停车子系统和OPTO 22公司OPTO22 SNAP I/O控制系统(ME系统)五部分组成。其中个系统只是进行局部的单体控制，与OPTO22 SNAP I/O控制系统之间通过网络通讯实现数据交换。OPTO22 SNAP I/O系统(ME系统)在整个系统中处于全局控制和监视的至关重要的地位。
在本项目中我们使用OPTO22 SNAP I/O控制系统的OPTO22 SNAP LCM4做为主控制器，该控制器CPU采用32位Motorola 68EC030 处理器，4MB内存带电池后备，2MB快闪可读写内存，四个串行接口，一个固定的RS-485，三个可分别立设定为RS-232/485。我们利用控制器自带的串行接口进行编程实现。
在现场应用中，我们分析ESD系统。ESD紧急停车系统是红压深冷装置的基础，它采用SIEMENS S7-400 可编程序控制器实现，自身设计成主站工作，无上位机显示设备，监视在OPTO22 SNAP I/O中实现。OPTO22 SNAP I/O控制系统中的LCM4控制器的COM0---COM3 通讯端口可以根据需要设置成232或485方式，根据现场的多次通讯实验，通讯采用标准MODBUS 方式实现不了。主要原因是ESD 系统采用的是主站方式，若改为从站通讯方式需换所有 ESD软、硬件。费用太高，实现不可能。经过对ESD PLC的进一步分析,我们决定采用自由口通讯方式，把SIEMENS S7-400 通讯端口用485接线方式连接到与其标准兼容的LCM4控制器的COM3上。通过编制数据交换程序，设定起始码、奇偶效验、每个数组的位数、传输波特率等。调试过程中，DCS接收到了ESD发送的数据，但稳定性差,在线（ONLINE）程序中看到有时出现空栈错误，程序运行至通讯时逻辑不正常，经过反复分析及多次试验，在程序中加了数据同步处理，至此，与ESD通讯正常，实现了DCS与紧急停车系统的通讯。
在与压缩机系统PLC通讯时，压缩机系统采用GE公司的90-70，我们采用MODBUS RTU方式，编制相应程序，在程序编制完成后，通过下装、运行，不断调试，终顺利的进行了连接。
在实现上述两个机组通讯实现的基础上，利用积累的经验，根据机组各自的特点，实现了DCS与全部机组的通讯。
二、系统结构及配置方案
在本系统中，采用OPTO 22的且成熟的OPTO22 SNAP I/O系统，这是一个应用串行通讯多次重发技术的三层分布式网络。本系统由自控的监控主机PC和四台OPTO 22的主控制器OPTO22 SNAP-LCM4以及7个可分布安装放置的智能I/O单元B3000组成，有关的系统结构示意图，请参阅以下的图示。


在如图所示的三层网络结构中，上一层是由PC组成，使用ETHERNET网络连接，作为监控系统的人机界面，动态显示各种设备运转的实时状态，显示和记录设备的异常和故障报警，设定设备的自动运行时间及条件，操作者可切换系统设备按自动或手动的方式运行。另外如用户有所要求，可把监控主机设立为Web Sever，所有的监控图画转换为Web Page，用户可在局域网和互联网上，使用标准的网页浏览器Internet Explorer，对系统实行监视甚至进行操作控制。
二层由四台OPTO 22控制器OPTO22 SNAP-LCM4组成，各控制器与监控主机之间采用以太网通讯方式，组成监控网络（C-Net）。其中两台控制器与现场I/O相联，另外每台控制器与现场PLC相联。
三层是由多台PLC及7个I/O智能单元B3000组成。I/O单元之间及相关控制器之间由RS-485,组成I/O网络(I/O-NET)，I/O单元的距离是1000m，加通讯重发器可延长分布距离。这样就可以把I/O单元和I/O模块分散安置在各相关设备附近，使连接的信号线减到少，大大减少信号传输过程中受到干扰的机会。I/O单元直接设备的工作状态和报警信号，设备的检测信号数值，同时可自动或手动控制设备的运转，对有关的PID运算控制回路，进行本地的运算和调节，大大加强了系统的实时控制及快捷反应能力。
结束语
通过实践证明OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统与多机组PLC间通讯是稳定的和便捷的，实时性好，性也高。体现了OPTO22 OPTO22 SNAP I/O 系统灵活、多变、通讯功能强大的特点

1 引言
      程控变频钢球加工机床是我公司主导产品，产居国内，并批量出口美、德、日、韩、意大利等国。产品设计吸收了国内外多项技术，本文就电气传动控制部分进行阐述。

       九十年代以来，变频传动技术日臻完善，其调速稳定，节能降耗，方便等优点，已取代原来的滑差调速和直流调速。而可编程序控制器易于编程，易实现传统的继电器控制不能实现的许多功能。PLC与变频器的系统集成自动化已成为产品设计时的解决方案。RS485通讯只需用两根线，且传输距离远被广泛应用在变频器和PLC上，这就使变频器与可编程序控制器通讯为便利，低廉的成本也提高了产品的竞争力。

2 工艺过程简述
      研磨机的主要动作为转动研磨盘由主减速电机经一对三角皮带轮，通过卸荷带轮内的花键幅带动主轴旋转获得，输球料盘由减速电机经过一对链轮传递蜗杆减速箱，减速后由料盘内的直齿轮啮合带动料盘旋转。两者均需要选用不同的转速来加工不同系列的钢球，为此均选用变频调速。为了期间，在系统中也加上了机床运转保护功能。如主轴运行监控接近开关，装在机床的主轴大皮带轮上，随时监视研磨盘的运动状态，防止皮带打滑造成研磨盘卡死，当转速正常值时，就停车报警；料盘除设有转速外，还加有堆球时快速停机，在设定时间内若恢复正常则重新自动运行的保护。

3 系统硬件设计
3.1 单自动化平台
       艾默生CT的EC10系列小型PLC因其运行速度快、通讯组网能力强、编程灵活、模拟运行方便、程序保密性强、抗干扰能力强、性能稳定，钢球研球机成为钢球研球机PLC的自动化平台。根据工程经验，爱默生EV1000系列变频器故障率能低，能实现高转矩、宽调速范围驱动，有优越的防跳闸性能，对恶劣电网、高温、潮湿和粉尘有较大的适应能力，能较好满足钢球加工设备的多样化的使用环境，可以实现单同平台技术集成，也成为项目设计的。由此项目通过选用爱默生的EC10-1614BRA小型PLC及EV1000-4T0055G和EV1000－2S0007G变频器，达到了单一自动化平台技术集成，例如EC10系列PLC对艾默生CT系列的变频器有简洁的通讯指令，一条指令即可控制变频器的运行控制。

3.2 电气原理设计
       系统主电机电气原理（料盘电机控制与主电机同）如图1所示。为了用户调速及监控运行速度，电动机转速由电位器调节，其数值由线性数显表显示，不通过通讯控制。主令按钮线直接接于PLC的开关量输入点上。PLC——变频器对电机的启动、停止、点动功能采用通讯控制方式，使用双绞线通过RS485口来实现PLC对变频器的启停控制，这样少占用PLC的输出点，也用接触器控制，降低了机床的成本。EV1000的RS485口直接端子连接，为方便。但需要注意的是RS485口“+”，“—”性不能接反，否则将无动作。因变频器本身具备过电流，过电压，欠电压，接地，过热和过载等多项保护功能，一旦异常故障发生，常开点RA，RC闭合，变频器立即停止输出，将断开所有的动作并停车报警，我们将其接入PLC的输入点来控制。变频器故障时可查看变频器屏幕上显示内容，对照变频器使用说明书异常原因及处置方法，采用相对应的措施进行处理即可。变频器多项对输出的保护功能使我们无须对电动机另加保护环节，直接接于变频器的输出端子上即可。针对变频器的输入端保护相对较为薄弱，在输入端加上无熔丝断路器QF实现反时限热保护。

图1 电气原理

      通讯协议采用MODBUS模式，EVFWD为正转，１为COM1通道(EC10只支持通道1)，１为通讯地址，其值预先设定，与变频器通讯地址一致，“”且不可覆盖。EVREV为反转指令，EVDFWD为正向点动指令，EVSTOP为停止指令。

5 结束语
       该系统应用变频器调速实现无级调速，满足用户工艺多样化的需求。使用RS485通讯口，不占用PLC的输出点，接线少，提高了产品的性。所选艾默生CT变频器具有较强的自诊断功能，便于维护。该系统自投入使用以来，运行稳定，工作，尚未出现故障，具有很高的性价比

1引言
DCS分散控制系统(又称集散控制、分布式控制系统)，是在单回路微机控制系统基础上发展起来的，其综合了计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和过程控制技术，采用分层分级的结构形式和分散控制、集中操作、分级管理、分而自治的设计原则，解决了过去计算机控制危险集中、常规模拟仪表功能单一、过于分散和人机联系不方便的缺点。DCS的性、通用灵活性、优良的控制和综合管理能力，使其在工业控制领域中得以广泛应用。
瓦楞纸板作为目前使用普遍的包装材料，广泛用于电器产品、日常用品等包装。在现代大规模工业自动化水平相对落后和工业、经济建设高速发展的我国，横切机和堆叠机等机组组成连续生产工艺过程。目前国内瓦楞纸板生产化处于相对落后状态。
本监控系统采用以可编程控制器PLC为基础的集散控制系统，将PLC作为现场采制站，利用Ethernet和Profitbus进行数据通信，完成了对广东肇庆嘉隆瓦楞纸板生产线的工况显示、生产操作、订单管理和出货管理，终实现了企业管理—控制一体化。
2系统总体结构及通信网络
2．1系统总体结构
嘉隆瓦楞纸板生产线监控系统采用如图1所示的分布式计算机监控系统。它分为3级结构：现场级、控制级和管理级。

级为现场级。由安装在现场的3个PLC子站辅与其它测量控制设备(如编码器、红外测量仪、变频器等)进行各种数据采集、生产线的现场控制。为现场采制器完成现场信号的输入输出，根据给定的工作程序进行数据处理、控制输出，并且将处理送操作站。PLC站采用德国VIPA公司的产品，包括一个CPU站和两个I／0站，其配备如下：
V200CPU站：主要包括CPU 288L、50、SM221和SM222等模块。主要用于粘合机和横切机各种状态信号的采集和控制信号的输出。
V200站1：主要包括SM221、SM222、SM232和50等模块；主要用于过胶机和1号瓦楞机状态信号的采集和控制信号的输出。
V200站2：主要包括SM222、SM232和50等模块；主要用于2、3号瓦楞机状态信号的采集和控制信号的输出。
二级为控制级，配备5台工业PC机。其中包括1台主操作站，1台过胶机操作站和3台瓦楞机操作站。主操作站设置在车间控制室内，其它各操作站设置在生产线的相应部分，完成现场级检测、控制、保护功能的管理。由一台HUB将各操作站组成局域网。各操作站功能立，又能互为备用。它对级现场采集的所有数据进行处理、分析、存储，完成所有控制指令的收集和发布，以各种方式(如流程图、趋势图等)表达整个生产线的运行状态。对系统功能的组态、流程图的制作、保护值整定、控制模型修改等工作也是在这一级的操作站上完成的。
三级为管理级，配备了多台普通PC机、打印机，以及一台数据库服务器。其中PC机作为管理终端设置在相应的管理部门，打印机负责定期打印生产情况报表备档，数据库服务器负责接收、存储从监督控制级送来的各种实时数据、历史数据。各部门的管理人员可以随时通过管理终端机观察生产线的运行状态和定单执行等情况。管理级同时可接受管理部门管理数据的输入，完成订单管理，出货管理等功能。
2．2通信网络
由于在分散控制系统中广泛采用了多处理机的结构，所以处理机之间的数据通信变得其重要。
现场总线技术作为自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向。Profitbus是的全集成H1(过程)和H2(工厂自动化)现场总线解决方案，是一种不依赖于厂家的开发式现场总线标准，它可广泛应用于制造加工、过程和自动化领域。在该监控系统中，现场级3个PLC站之间利用Profitbus进行数据通信，实现了纸板生产线状态数据的采集和控制信号的传递。
Ethernet以太网初是由Xeroex在20世纪70年代开发的—种连网传输方法，后来由Xeroex、数字设备公司(DEC)和Inbbb改进。这种灵活的技术可以运行在各种网络介质上，并在合理的开销下提供很好的容量。到目前为止，以太网是用于局域网的的逻辑拓扑结构。在该监控系统中，控制级操作站之间和管理级终端机之间采用Ethernet进行数据通信。实现了各操作站间的相互冗余备用以及管理数据的存取。
DCS各级之间的通信一直以来是工程技术人员关注的技术热点之一。该系统采用VIPA公司PC-CPU 288L自带的Ethernet端口很好的解决了现场级到控制级之间的通信问题。实现了现场实时数据向上输送和控制级信号的向下传递。由于控制级和管理级同时采用Ethernet，因此它们之间直接用集线器(HUB)相连，进行相互通信。
该监控系统中，将以太网(Ethernet)与现场总线相结合实现了PLC站之间、操作站之间、管理终端之间以及现场级、控制级、管理级之间的数据通信。
3软件设计
系统软件采用CONTROL LAB软件包，其层次结构如图2。

现场级V200 CPU站采用了快速可预测实时内核，其周期性工作的时间稳定性(Jitter-Time)可达2微秒(300MHZ CPU)。PLC和硬件模块及现场总线的数据交换均在实时任务中进行，保证了这类数据交换在操作系统中的延时不过几个微秒。控制任务作为实时任务执行，其短工作周期可达0．01毫秒。
PLC监控程序采用图形化组态工具ControlChart编制，该工具是一种基于IEC1131-3流程图形语言的开发式控制软件，符合工业标准。工程师在控制级操作站上即可利用现成模块进行自由组合、在线观察和调试，大地缩短了控制系统的调试时间。瓦楞纸板流水线的控制任务主要进行线上各机组运行速度协调。速度调节中粘合机作为主机，过胶机、修边机、横切机和堆叠机与主机同步运行。该监控系统速度控制流程图如图3所示。
ZJL、DJL、DDCL和SJCL分别对应纸浆量(瓦楞机)、堆积量、订单产量和实际产量，根据以上量的测量数值对粘合机和瓦楞机速度进行相应的调节。
在控制级和管理级软件基于bbbbbbS NT平台，采用易学易用的Visual Basic6．0进行编程，其中采用ActiveX、OPC、TCP／IP等通用技术和标准，用户可以方便的与其他软件系统进行自由通讯和进行功能扩展。控制级操作站检测画面主要有总操作图、瓦楞机监测图、粘合机检测图、过胶机监测图、修边机监测图和横切机监测图。管理级终端包括订单管理画面和出货管理画面等。
4系统功能
在软硬件基础上实现的瓦楞纸板生产线监控系统功能如图3所示。监控系统功能分为监控和管理功能。监控主要是工况显示和生产操作，管理主要是订单管理和出货管理。

4．1工况显示
在控制级的操作站以及管理级的终端机中显示现场采集来的生产线状态数据，主要包括：生产中的纸板品种，尺寸规格；现时各机组生产速度、电机电流；瓦楞机原纸堆积量；粘合机出纸量、各段温度；现时的实切张数，订单的总张数，还欠实际张数；成品，不良产品的数量(不良品人工输入)原纸剩余长度等。显示方式包括数字、柱状图和趋势图等。在此基础上进行速度、电流、温度、堆积量等过限报警。

4．2生产操作

4．2生产操作
根据现场的信号，软件可以自动对生产线进行相应的控制，主要有：
(1)正常情况下，以粘合机作为主机进行全线单一速度的控制，其它机组能根据自身的工艺要求适应性的同步加速或同步减速。
(2)自动侦测瓦楞机纸板堆积量并能自动调节相应机组的生产速度，当堆积量过上，自动增大粘合机以及其它相关机组的速度。在紧急情况下，可以对生产线进行紧急减速。
(3)根据管理人员输入的产品规格，在订单执行初期自动调节修边机、横切截的线，并能够在生产过程中自动调整。
(4)由订单的总张数和尺寸，自动运算出所需生产的总米数，各主要机台便能因自身的实际机组距离，生产出相应长度的楞纸。
同时软件设置了自动和手动两种控制方式，工作人员可以在手动方式下根据情况对生产线进行相应的控制。
4．3订单管理
订单管理是在生产操作功能的基础上实现，其主要功能有：
(1)管理人员可以在办公室终端机输入当日之订单，包括接单日期，订单号，客户类别，纸质，纸宽，交货日期等数据。根据纸质，纸宽打印各月份接单统计表。
(2)根据订单所要求的纸质，交货日期以及生产线状态，监控程序可以自动执行新订单。同时工作人员也可以根据情况，手动让系统执行新订单。
(3)实时记录订单的完成情况，根据订单完成情况，定期打印订单生产情况报表。
同时在数据库服务器中设置了用户权限，因此可保证定单数据的。
4．4出货管理
出货管理主要将已安排生产的订单以挑选方式排出作为出货定单。管理人员输入出货单之运费价格、车号、装车时间、装货规格品种、数量等，并列出当日或当日货运明细表。同时包括单的输入、正和删除等。
5结束语
嘉隆瓦楞纸板生产线DCS采用3级结构，采用Ethernet与现场总线相结合的方式进行数据通信，大量采用冗余技术，实践表明，该系统开放性和容错能力高，系统重新定义容易，可扩展性和可维护性好。采用以实时内核为基础的系统软件，进行系统的功能定义和采制算法程序的编写，系统的稳定性相对较好。

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