[摘 要]：論述包裝生產(chǎn)線的分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)在國內(nèi)外開發(fā)研究的現(xiàn)狀，并針對一具體包裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)特點分別對硬件、軟件進(jìn)行了設(shè)計。該設(shè)計具有較大的推廣價值，有一定的實效性。 關(guān)鍵詞：分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)；單片機(jī)；PLC 分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)（Distributed Monitoring and Control and Diagnosis System）是針對大型成套設(shè)備主機(jī)和多輔機(jī)功能分布和地域分布的特點，通過工業(yè)局域網(wǎng)把分布各局部現(xiàn)場、獨立完成特定功能的本地微機(jī)互聯(lián)起來，以達(dá)到資源共享、協(xié)同工作、分散監(jiān)視和集中操作、管理、診斷的目的的工業(yè)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；同時，該系統(tǒng)可通過遠(yuǎn)程通信支持遠(yuǎn)程監(jiān)視、診斷功能，通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)、企業(yè)MIS網(wǎng)絡(luò)以及Interwet聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)行，它是以微型計算機(jī)為核心的計算機(jī)技術(shù)、設(shè)備故障診斷技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、CRT顯示技術(shù)竟相發(fā)展并緊密結(jié)合的產(chǎn)物。 近幾年來，國外一些著名的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)公司已相繼推出了成套的在線分布式監(jiān)測系統(tǒng)，國內(nèi)也有數(shù)家科研單位和廠家正在從事這方面的研究和開發(fā)工作，但總體而言，還是剛剛起步，處于探索性研究和實驗性應(yīng)用階段。加強(qiáng)這方面的研究，促使分布式狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)盡快走向成熟，完善和應(yīng)用到生產(chǎn)實際中，是設(shè)備監(jiān)測診斷領(lǐng)域的迫切任務(wù)。 在國外科技發(fā)達(dá)先進(jìn)的國家，對包裝生產(chǎn)線的監(jiān)控和診斷的研究已經(jīng)開展，但還沒有完全成熟的技術(shù)去應(yīng)用到現(xiàn)實生產(chǎn)中去；國內(nèi)，盡管在單機(jī)（指針對生產(chǎn)線上的某一具體設(shè)備）已經(jīng)實現(xiàn)了自動化控制，但整條包裝生產(chǎn)線的智能控制還相當(dāng)落后，生產(chǎn)線整體的自動化程度極低。對包裝生產(chǎn)線的智能控制的研究還處于剛剛起步階段，對于其上的故障診斷的研究還沒有真正意義上的開展。 1 包裝生產(chǎn)線分布式監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計 1．1 包裝生產(chǎn)線概況 本包裝生產(chǎn)線的監(jiān)控、診斷系統(tǒng)所依托的是由江蘇丹陽“僅一包裝設(shè)備”公司所生產(chǎn)的包裝設(shè)備所組成的包裝生產(chǎn)線，即該生產(chǎn)線上的主要設(shè)備，如包裝機(jī)、填充機(jī)、運輸選別機(jī)等設(shè)備均為“僅一”公司的產(chǎn)品。具體地講，生產(chǎn)線上使用的提升機(jī)型號為TDTGK50/28A，使用的稱重填充機(jī)和立式包裝機(jī)型號分別為高速2000型填充機(jī)和雄師2502SF立式包裝機(jī)，所用的運輸、選別機(jī)為神鷹Ⅱ型輸送選別機(jī)。 1．2 包裝生產(chǎn)線分布式控制系統(tǒng) 包裝生產(chǎn)線分布式控制系統(tǒng)簡圖見圖1。從上包裝生產(chǎn)線分布式控制系統(tǒng)簡圖可以看出：散裝粉粒狀物料通過外部運輸機(jī)構(gòu)送入大料倉，然后在提升機(jī)PLC控制子系統(tǒng)的控制下給小料倉加料，完成包裝生產(chǎn)線的上料工作；由單片機(jī)控制子系統(tǒng)控制的充填機(jī)將物料定量成一定規(guī)格的單份物料，然后準(zhǔn)備對包裝袋進(jìn)行物料的充填；包裝機(jī)在PLC控制子系統(tǒng)的控制下通過制袋、充填、封口等工序?qū)⑽锪习b成袋裝的產(chǎn)品；稱重檢測選別、輸送機(jī)在單片機(jī)控制子系統(tǒng)的控制下完成包裝成袋產(chǎn)品的輸送、稱重、選別、剔除等工作，最后將它們運送到裝箱點。 從通信、監(jiān)控、診斷角度上講，在如圖所示的包裝生產(chǎn)線分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)中，中央IPC為上位機(jī)，兩個單片機(jī)和PLC為下位機(jī)。上位機(jī)利用RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器與下位機(jī)連接通信。上位機(jī)給下位機(jī)分配任務(wù)，并接收下位機(jī)在現(xiàn)場檢測到的各種資料，經(jīng)過處理后再次向其下位機(jī)發(fā)出各種控制命令，以實現(xiàn)對被控對象的監(jiān)控。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的分散控制、集中管理的網(wǎng)絡(luò)控制，即采用兩個單片機(jī)和PLC分別在不同的地點工作（注：為了提高包裝的質(zhì)量和速度，其中控制充填機(jī)的單片機(jī)與控制包裝機(jī)的PLC要在充填和橫封時協(xié)調(diào)工作，所以，兩者時序上需要協(xié)調(diào)，而不完全獨立），互不依靠，并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將兩個單片機(jī)和兩個PLC連網(wǎng)，以便收集各地點的信息，進(jìn)行集中監(jiān)督管理，做到指揮權(quán)集中，控制權(quán)分散。通過控制權(quán)分散，獲得危險分散，最終達(dá)到提高系統(tǒng)可靠性的目的。具體地講：中央IPC機(jī)起著集中操作和管理的作用；兩個單片機(jī)和兩個PLC控制子系統(tǒng)是分散過程控制裝置；它們之間相連的RS-485總線就起到數(shù)據(jù)傳輸和通信的作用。它們一起構(gòu)成了整個分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的設(shè)計包括硬件和軟件2個部分。 1．3 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 結(jié)合市場的購買條件，并根據(jù)包裝生產(chǎn)線的特點，本系統(tǒng)對所用的PLC、單片機(jī)及接口總線進(jìn)行選型：在硬件的選用上，兩個可編程序控制器（PLC）采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2系列的PLC；兩個單片機(jī)采用AT89C52型號，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的；中央PC機(jī)選用工業(yè)控制機(jī)IPC610（它帶有2個RS-232C通信口和輸入輸出板，便于數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計）；采用RS-485總線來實現(xiàn)分布式測控系統(tǒng)中上下位機(jī)之間的串行通信。 1．4 系統(tǒng)軟件構(gòu)成 系統(tǒng)軟件是構(gòu)成整個包裝生產(chǎn)線監(jiān)測控制診斷系統(tǒng)的重要部分，它對整個系統(tǒng)工作性能的好壞將起到?jīng)Q定性的作用。根據(jù)該系統(tǒng)的功能要求，按照一般軟件系統(tǒng)開發(fā)的一般步驟，通過對系統(tǒng)功能的分類和研究，在選擇相應(yīng)的開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，大體可以把整個軟件系統(tǒng)分為通信軟件、監(jiān)控軟件和診斷軟件3大部分。軟件構(gòu)成總圖見圖2。對于不同的部分，可以選擇不同的開發(fā)工具，按其性能的不同要求進(jìn)行開發(fā)，以求達(dá)到預(yù)期的效果。 1．4．1 通信軟件 計算機(jī)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收時，傳輸線上的數(shù)據(jù)流動情況可分為3種情況：單工（線上的數(shù)據(jù)流動只有一個方向）；半雙工（數(shù)據(jù)的流動為雙向，但同一時間只能一個方向行進(jìn)）；全雙工（同時具有兩個方向的傳輸能力）。RS-232使用的是全雙工模式；RS-485則是半雙工模式。 結(jié)合串行通訊的特點及包裝生產(chǎn)線的性能要求，本系統(tǒng)采用串行異步通訊方式，其工作為半雙工工作模式。 根據(jù)包裝機(jī)分布式監(jiān)測控制診斷系統(tǒng)的硬件構(gòu)成可以知道：其通信系統(tǒng)主要包括3大組成部分：單片機(jī)控制子系統(tǒng)與中央PC機(jī)的通信、PLC控制子系統(tǒng)與中央PC機(jī)的通信及中央PC機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控PC機(jī)的通信。從而在軟件的構(gòu)成上也就需要由這3個部分組成，它們一起構(gòu)成整個系統(tǒng)的通信軟件。 1．4．2 監(jiān)控軟件構(gòu)成 要在上位機(jī)（IPC機(jī)）上編制監(jiān)控軟件，以實現(xiàn)對下位機(jī)的監(jiān)視控制功能。按照模塊化的程序設(shè)計思想，將監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)管理軟件按照功能將其分為兩個模塊：數(shù)據(jù)庫和人機(jī)交互。這兩個部分是有機(jī)的結(jié)合在一起的，并不是完全分離的。數(shù)據(jù)庫部分主要是設(shè)計一個良好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，利用數(shù)據(jù)庫引擎提供的各種功能，方便管理人員對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種查詢統(tǒng)計；數(shù)據(jù)庫部分主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲（包括從IPC向下位機(jī)發(fā)送的運行參數(shù)以及下位機(jī)向IPC發(fā)送的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)）。監(jiān)控軟件主要完成對下面4個下位機(jī)各種生產(chǎn)狀態(tài)的判斷等操作，并且將最終結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，它又分為總貌畫面、各監(jiān)控點畫面、實時曲線與歷史趨勢等部分。 1．4．3 診斷軟件構(gòu)成 智能診斷系統(tǒng)通常由知識庫、學(xué)習(xí)模塊、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、解釋機(jī)構(gòu)、決策機(jī)構(gòu)和診斷信息采集機(jī)機(jī)構(gòu)組成。存貯與管理診斷專家知識的知識庫包括診斷領(lǐng)域公認(rèn)的事實和規(guī)格、診斷方式和策略、以及領(lǐng)域?qū)＜医?jīng)過多年實踐獲取的經(jīng)驗知識等。這些知識是用戶通過學(xué)習(xí)模塊不斷輸入、修改、補(bǔ)充和更新而獲得，在故障診斷過程中，診斷信息采集機(jī)機(jī)構(gòu)借助現(xiàn)代測試手段獲取設(shè)備運行狀態(tài)信息，并對信息進(jìn)行預(yù)處理，推理機(jī)利用知識庫中的知識及綜合數(shù)據(jù)庫中存貯的中間信息對診斷信息進(jìn)行推理，并控制、協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)。決策機(jī)構(gòu)診斷結(jié)果反饋于診斷設(shè)備，進(jìn)行調(diào)試、維修或控制（或輸出給用戶）；在推理過程中，用戶可以使用解釋機(jī)構(gòu)解釋推理過程，回答用戶的提問、并為用戶提供使用和維護(hù)的方法。 本系統(tǒng)采用模糊診斷技術(shù)對包裝生產(chǎn)線系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，按照模糊診斷專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和原理，該診斷軟件由典型故障譜圖、知識庫建立和維護(hù)、故障診斷等3部分組成。 2 結(jié) 語 分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)具有分散采集，集中監(jiān)視、診斷和管理，可靠性高，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)能力強(qiáng)，系統(tǒng)功能強(qiáng)等特點。本文對包裝生產(chǎn)線的分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計（包括硬件、軟件的設(shè)計），對包裝生產(chǎn)線分布式監(jiān)控診斷系統(tǒng)的研究和開發(fā)，在包裝工程學(xué)科和計算機(jī)自動控制方面都具有重要的學(xué)術(shù)價值，在生產(chǎn)實踐中也有較大的應(yīng)用推廣價值。 轉(zhuǎn)自：包裝工程