计控一体化计算机管理系统

随着自动控制技术的日趋成熟，生产过程由原来的人工操作过渡到自动化生产管理，但由于自动控制系统的分步进行，没有建立全厂统一的监控管理系统，给生产造成困难。如果建立一种计控一体化计算机管理系统，将现场控制系统以及各分散的检测仪表与管理计算机连接起来，现场数据直接进入计算机，能实现定时进行统计与报表生成，将会使生产管理水平得到进一步提高，大大减轻人员劳动强度。事实上，建构这样一个管理系统投资小，功效大，不仅是必要的，而且是可行的。 一、目标和任务 在天合公司，现有大量的计量、检测仪表，分别安装于变电站、水处理、锅炉、打叶复烤、预压打包等生产过程。对计算机管理系统提出以下要求：(1)能将不同的控制系统、分散的检测仪表连接到管理计算机；(2)能兼容不同的通信协议，如TCP/IP、RS-485、RS-232等；(3)布线简单，距离远的地方，采用无线通信；(4)投资小，性能可靠，维护管理方便；(5)能显示和记录运行状态和数据，同时提供历史状态和历史数据的检索功能；(6)能自动生成报表，具有打印、存储和网上浏览等功能；(7)对仪表的运行状态具有分析判断、报警提示功能；(8)本系统应该记录每台仪表的技术参数，以便于查询或更换。 二、系统的结构及原理 控制系统的结构主要根据管理要求、现有控制设备情况、现场仪表、计算机的距离等因素决定。对于锅炉控制系统和打叶复烤控制系统，采用网络通信方式，其他则采用接口模块转换与无线通信方式。管理计算机采用无线通信方式可避免长距离的布线，以及为布线而进行的大量工作，并且能减少投入。采用以太网通信方式，可省去接口模块，既可靠又省钱。 无线通信方式为：现场仪表的模拟量信号或数字量信号，传入AI模块或DI模块后，转换成数字信号，并且以RS-485串行通信方式进行传输，串行信号送入无线信号发送器，以一定频段的微波方式进行发送，接收器接收后，转换成RS-232信号，送入管理计算机。 网络通信方式为：每台具有TCP/IP网络通信功能的控制器，都有一个IP地址，并且要求IP地址是唯一的，这样才能保证系统通信的正常进行。这种通信方式与两台计算机的通信无异。过程的检测信号由控制器进行采集、转换、处理，并存储于各数据寄存器中，管理计算机要读取这些数据时，只须在组态软件的数据变量中，填入控制器的名称、数据寄存器地址、变量类型等即可。 计算机管理系统的结构拓扑图如图1所示。 三、系统硬件配置 计算机管理系统硬件配置采用台湾研华公司的工业计算机作主机，具有很强的抗干扰功能，确保计算机正常运行。信号的采集和传输采用台湾威达公司的NUDAM分布式模块，本模块十分适合仪表安装地点分散的情况，其采用RS-485通信协议，传输距离达1.2km，仅采用两根导线，可将所有的模块与计算机连接起，管理系统的主要硬件设备如下。 主机：台湾研华工业计算机，具有故障自动复位功能。具体配置为：机箱PCI-610，主板PSC-1611，CPU PⅢ1.0G，内存256M，硬盘60G，显存32M，光驱52X，软驱1.44MB，103键盘，光电鼠标，监视器17英寸。 打印机：HP LASERJET 6L PRO激光式打印机。 NUDAM-7017 AI模块：8通道模拟量输入模块，其中6个差动，2个单端。精度为16位；输入范围为：+ /-150mV， + /-500mV， + /-1V， + /-2.5V + /-10V，+ /-20mV；采样频率为10Hz。中国资产管理网 NUDAM-7014 AI模块：1通道差动模拟量输入模块，精度为16位；输入范围为：+/-150mV，+/-500 mV，+/-1 V，+/-2.5V ，+ /-10V，+ /-20mV；采样频率为10Hz；支持+15V环路电压的变压器线性输入转换。 NUDAM-7503 DI模块：16路数字量输入模块，输入高电平为4~30V，输入低电平为0~1V。 SST-2400EXT 无线通信模块：基于序列发射频谱和射频技术，发射频率2.45GHz，通道数为8；发射功率为0.1W；基本通信距离300m，如要求更长的距离，需要中继。 NUDAM-7520信号转换模块：由于计算机的通信为RS-232协议，而模块的通信为RS-485协议，因此在信号进入计算机之前，必须转换为RS-232，同样，计算机将信号传给模块之前，也必须转换为RS-485。NUDAM-7520为RS-232/485转换模块，在无中继时，网上可挂256个模块，具有3000V的隔离功能，支持多种传输速度和多数据格式。 网卡：采用3 COM 509B网卡，10M/100M自适应模块，以适应不同的网络速度。 四、组态软件 目前，组态软件一般运行在Windows平台上，用户可以方便地构造适应自己需要的“监控管理系统”，在任何需要的时候把生产现场的信息实时地传送到监控室。 目前，比较著名的组态软件有：美国INTELUSION公司的FIX组态软件，澳大利亚CIT公司的CITECT组态软件，以及国内亚控公司的KINGVIEW组态软件。但从现场控制设备及监控装置考虑，FIX和CITECT都适合，但从界面的美观、报表功能考虑，选用CITECT最为合适。CITECT在国内已流行近十年，由于其支持的硬件设备众多、功能强大、性能可靠、使用方便，很受开发人员的欢迎，目前已发行中文版。 CITECT组态软件由组态工具、运行程序、在线帮助等组成。组态工具用于图形的制作、数据变量的生产、报表的生成、软件编译、通信的组态等。运行程序就是使完成的组态软件按组态的要求运行。在线帮助提供随时的帮助，使用人员在需要的时候可随时打开。 本监控软件组态开发主要分为以下几个步骤： 1．变量数据库的建立。首先根据管理计算机连接的控制设备或接口模块，创建通信设备名称，同时进行组态。组态内容包括：设备名称、IP地址或模块地址、通信协议等；然后，创建数据变量。数据变量按数据来源来分，分为内部变量和外部变量。内部变量为不与外部设备发生直接联系的变量，外部变量为直接与外部设备发生联系的变量。按变量的类型来分，又分为模拟变量和数字变量。外部变量的组态主要包括：设备名称、变量名称、数据地址、数据范围、变量类型等。变量数据库非常重要，因为所有外部的数据都依赖于它。 2．图形画面的建立。可利用图形元件库以及绘图功能进行图形画面的建立。对于一些动画功能，如GIF格式的动画文件，可在其他软件绘制完成后调入使用。对于一些需要进行操作的元件，如显示数据、按键等，可进行语言编程，以完成各种任务。画面主要分为：设备流程画面、实时趋势画面、历史趋势画面、报警画面等。 3．报表的建立。报表也是本计算机管理系统最重要的内容之一，CITECT虽然提供强大的报表功能，但要建立复杂的报表系统，仍不太方便。本系统采用EXCEL 200进行报表的产生、计算、打印，利用DDE数据交换方式，使EXCEL与CITECT讲行数据交换，并利用EXCEL非常强大的制表功能，买现复杂的报表。报表分为班报表、日报表、月报表。报表设有自动／手动方式，可根据需要进行选择。 4．网络共享。由于要完全实现计算机管理系统的共享，需要购买组态软件使用权，这样增大了投入，对于多台计算机共享，投资很大。事实上许多部门只需要生产报表，因此，可采用报表文件存储和设置共享的办法，实现报表的网络共享。 五、结束语 计控一体化是目前自动化生产的一种需要，也是今后自动化发展的趋势。采用本文介绍的计控一体化计算机管理系统，具有技术先进、性能可靠、价格较低、功能强大、性价比高等特点，能适用于各种自动化程度的厂家，它不仅适用于自动化系统和仪表的管理，也适用于过程控制。