一種基于以太網(wǎng)技術的涂料生產遠程監(jiān)控系統(tǒng)

1 引言

隨著科學技術的發(fā)展，基于以太網(wǎng)、計算機(PC)、可編程控制器(PLC)、人機界面(HumanComputer Interface，HMI)、智能儀表的自動化已成為現(xiàn)代工廠的技術支柱。與傳統(tǒng)的基于現(xiàn)場總線的工業(yè)控制網(wǎng)絡體系相比，工業(yè)以太網(wǎng)具有通信速率高、成本低廉、資源共享能力強、可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Υ蟮葍?yōu)勢。

我國涂料行業(yè)生產線的自動化程度相對落后，隨著涂料行業(yè)的技術改造和新建項目中計算機技術的廣泛應用，采用PLC控制取代了繼電器控制；工藝流程的人機界面動態(tài)顯示取代了模擬顯示；PC機與以太網(wǎng)技術使整個生產線處于遠程控制和管理下，從而徹底改變了傳統(tǒng)涂料行業(yè)生產的落后面貌。

本系統(tǒng)主要研究由PC、PLC和HMI組成的遠程控制系統(tǒng)在涂料生產線的應用。從工藝流程的控制要求人手，對涂料生產線綜合分析，通過PLC編程實現(xiàn)基本控制要求，通過觸摸屏設計一套人性化、簡單化的人機界面，再通過現(xiàn)場調試對工藝參數(shù)進行調整。上位機監(jiān)控軟件采用北京亞控科技發(fā)展有限公司的“組態(tài)王6．53”組態(tài)軟件，設計了工藝流程圖顯示、動態(tài)數(shù)據(jù)畫面顯示、報表顯示、報警顯示等功能，實現(xiàn)對生產的過程監(jiān)控及數(shù)據(jù)處理。通過以太網(wǎng)，管理者可以遠程監(jiān)控整個生產過程，定時查看生產數(shù)據(jù)，從而最終滿足控制和管理要求。

2 工藝流程簡介

涂料生產包括基料配對、配料、兌稀、包裝、入庫等環(huán)節(jié)?？傮w工藝流程如圖1所示。涂料生產工藝流程是：將膠料和助劑混合，并進行低速攪拌；將顏填料、助劑和水混合后進行高速分散，必要時進行研磨制成白漿；把白漿分批慢速加入到乳液中，形成初涂料；用增稠劑調整初涂料的粘稠度，用色漿調配初涂料的顏色及其深淺度，或再加入消泡劑即為乳膠漆成品，經(jīng)過濾、稱量、包裝、檢驗合格后就可入庫或上市銷售。

圖1 總體工藝流程圖

3 控制系統(tǒng)結構設計

根據(jù)工藝流程和生產要求，涂料生產過程控制中最重要的是對各種物料進出量實現(xiàn)精確控制。生產所用的物料都存放在物料罐中，每次用料量都很大。由于現(xiàn)場條件的限制，無法直接采用重量傳感器來計量。而且從節(jié)約成本出發(fā)，采用質量流量計也不經(jīng)濟。因此，本系統(tǒng)中采用液位變送器檢測物料罐中物料液位的變化，利用罐的截面積得到進出物料量的體積，再利用該物料的密度就可得到進出物料的量。同時，該遠程控制系統(tǒng)還要求具有以下功能：

(1)對整個工藝流程實現(xiàn)自動檢測和控制；

(2)以組態(tài)王6．53web為技術平臺，實時顯示系統(tǒng)的監(jiān)控畫面；

(3)通過以太網(wǎng)通訊，實現(xiàn)不同樓層的人機界面資料共享以及生產的遠程監(jiān)測；

(4)生產過程自動控制中具有多重安全措施；

(5)實現(xiàn)“現(xiàn)場無人值班，控制室少人操作”的目標，減輕操作人員的工作量和勞動強度，并加強對操作人員的監(jiān)督和管理。

整個系統(tǒng)分為四層：現(xiàn)場控制級、PLC控制站、上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)和遠程監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結構圖

3．1現(xiàn)場控制級

現(xiàn)場控制級主要有兩部分功能：一是對現(xiàn)場的生產進行手動操作；二是現(xiàn)場的液位變送器與PLC連接，將物料量的變化信號傳送到PLC，PLC輸出控制泵，從而實現(xiàn)進出物料量的自動控制。

3．2 PLC控制站

PLC控制站由可編程控制器、觸摸屏、配電器、中間繼電器和報警器等組成。

本系統(tǒng)中可編程控制器采用歐姆龍公司CPIH，主要完成對現(xiàn)場設備相關模擬量和開關量的數(shù)據(jù)狀態(tài)采集及輸出控制。觸摸屏采用威綸通公司的MT8000。觸摸屏與PLC配套使用，使得PLC的應用更加靈活。觸摸屏可以設置參數(shù)、顯示數(shù)據(jù)、以動畫等形式描繪生產過程，使得PLC的應用可視化。采用RS232接口將觸摸屏與PLC通過通信電纜進行連接。遠程觸摸屏(HMI A)和本地觸摸屏(HMI B)通過以太網(wǎng)連接，二者均可顯示儀表數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)，都能對現(xiàn)場設備進行控制。

3．3上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)

上位計算機監(jiān)控系統(tǒng)既能完成系統(tǒng)的組態(tài)、調試，檢測參數(shù)的在線修正和控制參數(shù)的設置，又能實現(xiàn)對生產數(shù)據(jù)的采集，報表的生成和打印，異常信號的報警及生產現(xiàn)場信息的網(wǎng)絡發(fā)布等功能。利用組態(tài)王6．53的web功能，上位監(jiān)控計算機同時作為系統(tǒng)的web服務器，組態(tài)王工程可通過web服務器完成web發(fā)布。

3．4遠程監(jiān)控系統(tǒng)

遠程監(jiān)控系統(tǒng)指廠長室通過以太網(wǎng)與現(xiàn)場PC相連，操作人員可以隨時隨地通過以太網(wǎng)和IE瀏覽器實施遠程監(jiān)控。