一引言

　　某塑膠股份有限公司主營產(chǎn)品一次性PVC手套，年36億支手套，為世界主要的醫(yī)療級PVC手套制造商之一。對于致力于成為一個現(xiàn)代化的生產(chǎn)企業(yè)來說，現(xiàn)階段整個生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)采集及自動化控制系統(tǒng)還不是太完善。目前塑膠廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示主要有：一部分由多路巡檢儀顯示，一部分由人工觀測記錄所得，其中還有很大一部分?jǐn)?shù)據(jù)沒有進(jìn)行觀察和記錄，實時性及準(zhǔn)確性都不能滿足日益增長的生產(chǎn)需求，而塑膠廠的生產(chǎn)操作則主要由人工來完成，部分不要生產(chǎn)工藝還不能進(jìn)行自動控制。

　　鍋爐房：現(xiàn)在廠區(qū)內(nèi)共有五臺鍋爐房，但是僅有一臺鍋爐房配有自動控制系統(tǒng)，另外幾臺都由人工操作。鍋爐房內(nèi)需要采集的數(shù)據(jù)主要有：進(jìn)出口油溫、爐排轉(zhuǎn)速、導(dǎo)熱油流量、爐膛溫度、鼓引風(fēng)機電流、爐膛負(fù)壓、氣包水位、水泵頻率、電源電壓、油循環(huán)泵電流、進(jìn)出口壓力、蒸汽壓力等。

　　配料房：配料包括一次配料和二次配料，從目前來看，兩次配料都沒有數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)情況的記錄全靠人工記錄，而配料的控制靠工人多年的經(jīng)驗來進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，需要采集及控制的量主要有：料粉及液體料的用量，真空罐內(nèi)的真空度，真空泵的轉(zhuǎn)速等等。

　　浸涂車間：浸涂車間需要采集大量的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場主要靠多路巡檢儀來監(jiān)測整個生產(chǎn)線上的溫度，手模傳送帶的速度等。通過巡檢儀來顯示數(shù)據(jù)，一方面數(shù)據(jù)的延遲性比較大，數(shù)據(jù)顯示不準(zhǔn)確，另一方面如果數(shù)據(jù)超過正常生產(chǎn)范圍，不能及時地報警，通知操作人員。另外，浸涂槽內(nèi)液體的液位、粘度，以及烘箱內(nèi)手模的溫度，以及導(dǎo)熱油的流量等等。

　　所以，設(shè)計一套綜合的數(shù)據(jù)采集及自動化控制系統(tǒng)，對于提高生產(chǎn)率，減少成產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升企業(yè)的競爭力有著至關(guān)重要的意義。

　　二系統(tǒng)設(shè)計

　　一個現(xiàn)代化的企業(yè)管理主要分為以下幾個層次(如圖1所示)，

　　圖1企業(yè)管理層次

　　對于該塑膠廠來說，其企業(yè)的建設(shè)也是按照這三個層次來進(jìn)行的，但是根據(jù)企業(yè)目前實際需求來看，現(xiàn)階段主要是進(jìn)行PCS層的建設(shè)。PCS（過程控制）層的主要任務(wù)是對生產(chǎn)過程中的有關(guān)參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度、PH值和物性等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，使連續(xù)生產(chǎn)過程自動地進(jìn)行下去。過程控制采用各種檢測、控制儀表和計算機等自動化技術(shù)工具，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行自動檢測和控制。因此，整個過程控制由數(shù)據(jù)采集檢測部分和控制部分組成。

　　2.1系統(tǒng)總體設(shè)計

　　數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（如圖2所示）應(yīng)包括動力設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)、鍋爐及給排水監(jiān)控子系統(tǒng)、供配電管理系統(tǒng)和動力能源管理中心、煙氣回收控制室及生產(chǎn)線監(jiān)控子系統(tǒng)。

　　·動力設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)包含真空、空壓、制冷系統(tǒng)；

　　·鍋爐及給排水系統(tǒng)放在鍋爐房監(jiān)控室，該部分包含鍋爐監(jiān)控和給水、排水的監(jiān)控；

　　·變配電管理系統(tǒng)控主要用來監(jiān)控靜電沉積用的高壓電源；

　　·煙氣回收控制室系統(tǒng)包括煙氣的溫度、流量等。

　　·生產(chǎn)線監(jiān)控子系統(tǒng)(四個分廠)主要采集監(jiān)控與生產(chǎn)有關(guān)的各種數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、液位、流量、轉(zhuǎn)速等等。

　　考慮到這幾部分設(shè)備分散、功能相對獨立，因此數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)綜合運用現(xiàn)代化通信、計算機IT技術(shù)和自動控制技術(shù)，建立集中管理、分散控制的集散型計算機網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理系統(tǒng)。這種集散型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使整個數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)即可以在監(jiān)控中心實現(xiàn)對各分系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，又通過分散控制，便于操作和調(diào)試、維護(hù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　PLC是實現(xiàn)現(xiàn)場自動控制的核心。各PLC分部控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場的各個傳感器的信號，除了把信號轉(zhuǎn)換后傳給上位機，由上位機進(jìn)行顯示和控制外，還要根據(jù)控制要求對現(xiàn)場控制柜和執(zhí)行機構(gòu)做出相應(yīng)的自動控制，所以各分站PLC不但具有中心控制的作用，而且起著數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。

　　根據(jù)控制系統(tǒng)的控制要求和硬件選型的基本原則，在對當(dāng)前工業(yè)自動化市場充分調(diào)研和了解的基礎(chǔ)上，我們對SIEMENS、Modicon、A-B、OMRON等多個知名品牌的代理集成商的方案和報價進(jìn)行了詳細(xì)的論證和考察，并充分考慮了車間其它控制設(shè)備的情況，經(jīng)過嚴(yán)格篩選最后確定采用西門子公司的PLC控制系統(tǒng)（如圖3所示）。

　　對于一套完整的PCS系統(tǒng)，即包括數(shù)據(jù)采集與生產(chǎn)過程的自動化控制，采取以下配置：

　　鍋爐房（2個）300PLC站：電源模塊1塊、300CPU1塊、16路數(shù)字量輸入模塊1塊，16路數(shù)字量輸出模塊1塊，8路模擬量輸入模塊4塊、直流24V電源1塊等。

　　各廠房生產(chǎn)線（4個）300PLC站：電源模塊1塊、300CPU1塊、16路數(shù)字量輸入模塊1塊，16路數(shù)字量輸出模塊1塊，8路模擬量輸入模塊4塊、直流24V電源1塊等。

　　圖3系統(tǒng)PLC分布

　　2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　按照數(shù)據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)的要求，配置監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件：

　　可提供滿足系統(tǒng)運行功能,二次開發(fā),易于維護(hù)以及符合開發(fā)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)軟件,應(yīng)用軟件,應(yīng)用編程軟件包等全套軟件。

　　系統(tǒng)平臺可按實時,多用戶和多進(jìn)程對資源進(jìn)行分配和管理。系統(tǒng)將擁有事件驅(qū)動順序以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)裝配,以便于系統(tǒng)能在同一時間里處理實時情況與緊急任務(wù)。同時,系統(tǒng)平臺還具備網(wǎng)絡(luò)管理,標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(包括TCP/IP,IPX/SPX等),遠(yuǎn)程通信管理以及符合計算機技術(shù)發(fā)展趨勢的要求。軟件按模塊形式設(shè)計,以利于程序的擴展和修改。

　　系統(tǒng)可確保能源動力監(jiān)控管理中心出現(xiàn)故障時,控制器將繼續(xù)獨立執(zhí)行其功能。在控制器的電源裝置出現(xiàn)問題時,有關(guān)的狀態(tài)資料也將被輸送到能源動力管理中心。在電源中斷后恢復(fù)供電時,所有受電源中斷影響的設(shè)備和控制器應(yīng)均能自動復(fù)位,而不需重新設(shè)定。各類應(yīng)用軟件使用同一種高級語言,并且采用同一種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。用戶界面全面漢化,具備多窗口功能,動態(tài)圖形顯示并且操作直觀,簡便。軟件功能實用，全面提高企業(yè)生產(chǎn)力和效率，提高能源管理的質(zhì)量和減少成本及原材料消耗。

　　系統(tǒng)軟件采用獨一無二的分布式客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計，用戶可以在企業(yè)的所有層次位置上都很方便的獲得實時過程信息，無論是在控制室還是在會議室，都可以進(jìn)行交互操作。作出更快、更有效的決策。系統(tǒng)具有自診斷功能，故障診斷相應(yīng)速度快。各子系統(tǒng)可以相互切換。

　　三關(guān)鍵工藝控制設(shè)計

　　3.1車速控制方案

　　手模傳動帶傳送速度的快慢關(guān)系到手模在烘箱內(nèi)的干燥的好壞，也是整個工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此控制好車速對于產(chǎn)品的質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。烘箱分部速度的控制原理如下圖所示，西門子MM440變頻器的給定值是以整線速度給定為基礎(chǔ)，由上位計算機給定，通過PROFIBUS總線發(fā)送給控制手模傳送帶傳動的臺變頻器，電機的實際轉(zhuǎn)速通過旋轉(zhuǎn)編碼器測量，反饋給變頻器，變頻器由內(nèi)置的PID控制算法控制輸出電路的頻率，確保對電機實際速度的控制，從而達(dá)到控制烘箱分部速度的目的。

　　圖4車速控制原理圖

　　3.2PVC手套的計數(shù)控制

　　由于PVC手套本身的特點所限，即處于半透明狀態(tài)，一般測量儀器無法判斷出手模上是否有PVC手套，經(jīng)過綜合比較國內(nèi)外關(guān)于類似情況的檢測方案，可以選用機器視覺來完成手套的計量。

　　機器視覺是用計算機來分析從攝像機獲得的圖像的一種方法。分析結(jié)果被用來報告信息(探測結(jié)果)、控制工藝過程或移動物體。與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)如多媒體系統(tǒng)相比，機器視覺強調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。采用CCD照相機將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號;圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，如:面積、長度、數(shù)量、位置等;最后，根據(jù)預(yù)設(shè)的容許度和其他條件輸出結(jié)果，如:尺寸、角度、偏移量、個數(shù)、合格/不合格、有/無等.機器視覺的特點是自動化、客觀、非接觸和高精度，與一般意義上的圖像處理系統(tǒng)相比，機器視覺強調(diào)的是精度和速度，以及工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境下的可靠性。機器視覺極適用于大批量生產(chǎn)過程中的測量、檢查和辨識，如:零件裝配完整性，裝配尺寸精度，零件加工精度，位置/角度測量，零件識別，特性/字符識別等。機器視覺檢測技術(shù)具有速度快、精度高、自動化程度高等突出的優(yōu)點，能很好的滿足現(xiàn)代制造業(yè)的需求，在實際中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。機器視覺技術(shù)相對于傳統(tǒng)檢測技術(shù)在檢測領(lǐng)域中的優(yōu)點表現(xiàn)在:

　　(1)、非接觸

　　(2)、檢測速度快

　　(3)、精度高

　　(4)、實時性強，能實現(xiàn)全自動檢測

　　(5)、現(xiàn)場抗干擾能力強

　　本系統(tǒng)中由于手套烘干后會在手模上有卷唇，因此在用攝像機拍照時，手套與手模本身圖像會產(chǎn)生一灰度變化，由此就可以識別出手模上是否有PVC手套。其效果圖如圖5：

　　圖5-1有PVC手套的手模                       圖5-2無PVC手套的手模

　　其具體圖像處理流程如下：

　　平滑濾波處理，消除圖像噪聲；

　　快速定位，確定檢測邊緣，此環(huán)節(jié)是重要環(huán)節(jié)，直接影響圖像處理的速度；

　　灰度變換：目的是突出異物與背景灰度的對比值；

　　圖像分割：根據(jù)自適應(yīng)特征門限，將圖像二值化；

　　圖像判斷：對圖像圓環(huán)進(jìn)行邊緣檢測，因為圖像的灰度范圍是比較小的，因此，根據(jù)圖像處理的特點，可以得出：灰度比較大的是有PVC手套的手模，灰度比較小的是無PVC手套的手模。

　　圖像處理完場后，再將信號送給上位計算機，由此便可計量出PVC手套的數(shù)量。

　　四結(jié)束語

　　該數(shù)據(jù)自動化采集監(jiān)控管理系統(tǒng)是基于計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用，根據(jù)塑膠廠各個子系統(tǒng)自身的特點，形成的綜合自動化水平較高的集控管理系統(tǒng)，實現(xiàn)公用設(shè)施全面、有效的監(jiān)控與管理，確保設(shè)備處于安全、高效、節(jié)能、最佳運行狀態(tài)。該管理信息系統(tǒng)同時具備過程控制，大大提高設(shè)備和人員的工作效率。

　　作者簡介

　　何小虎(1986-)男，在讀研究生，主要研究方向：計算機控制和智能系統(tǒng)