包装生产线分布式监控系统的设计

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　　分布式监控诊断系统是针对大型包装生产线成套设备主机和多辅机功能分布和地域分布的特点，通过工业局域网把分布各局部现场、独立完成特定功能的本地微机互联起来，以达到资源共享、协同工作、分散监视和集中操作、管理、诊断的目的的工业计算机网络系统；同时，该系统可通过远程通信支持远程监视、诊断功能，通过网络互联与包装生产线控制系统、企业MIS网络以及Interwet联网远行，它是以微型计算机为核心的计算机技术、设备故障诊断技术、网络通信技术、CRT显示技术竟相发展并紧密结合的产物。
　　近几年来，国外一些著名的设备状态监测系统公司已相继推出了成套的在线分布式监测系统，国内也有数家科研单位和厂家正在从事这方面的研究和开发工作，但总体而言，还是刚刚起步，处于探索性研究和实验性应用阶段。加强这方面的研究，促使分布式状态监测与故障诊断技术尽快走向成熟，完善和应用到生产实际中，是设备监测诊断领域的迫切任务 。
　　在国外科技发达先进的国家，对包装生产线的监控和诊断的研究已经开展，但还没有完全成熟的技术去应用到现实生产中去；国内，尽管在单机(指针对生产线上的某一具体设备)已经实现了自动化控制，但整条包装生产线的智能控制还相当落后，生产线整体的自动化程度极低。对包装生产线的智能控制的研究还处于刚刚起步阶段，对于其上的故障诊断的研究还没有真正意义上的开展。
　　1、包装生产线分布式控制系统
　　包装生产线分布式控制系统简图见图1。从包装生产线分布式控制系统简图可以看出：散装粉粒状物料通过外部运输机构送入大料仓，然后在提升机PLC控制子系统的控制下给小料仓加料，完成包装生产线的上料工作；由单片机控制子系统控制的充填机将物料定量成一定规格的单份物料，然后准备对包装袋进行物料的充填；包装机在PLC控制子系统的控制下通过制袋、充填、封口等工序将物料包装成袋装的产品；称重检测选别、输送机在单片机控制子系统的控制下完成包装成袋产品的输送、称重、选别、剔除等工作，最后将它们运送到装箱点。

图1   包装生产线分布式控制系统简图

　　从通信、监控、诊断角度上讲，在如图所示的包装生产线分布式监控诊断系统中，中央IPC为上位机，两个单片机和PLC为下位机。上位机利用RS-232/RS-485转换器与下位机连接通信。上位机给下位机分配任务，并接收下位机在现场检测到的各种资料，经过处理后再次向其下位机发出各种控制命令，以实现对被控对象的监控。本系统采用先进的分散控制、集中管理的网络控制，即采用两个单片机和PLC分别在不同的地点工tqz(注：为了提高包装的质量和速度，其中控制充填机的单片机与控制包装机的PLC要在充填和横封时协调工作，所以，两者时序上需要协调，而不完全独立)，互不依靠，并应用网络技术将两个单片机和两个PLC连网，以便收集各地点的信息，进行集中监督管理，做到指挥权集中，控制权分散。通过控制权分散，获得危险分散，最终达到提高系统可靠性的目的。具体地讲：中央IPC机起着集中操作和管理的作用；两个单片机和两个PLC控制子系统是分散过程控制装置；它们之间相连的RS-485总线就起到数据传输和通信的作用。它们一起构成了整个分布式监控诊断系统，整个系统的设计包括硬件和软件2个部分。
　　2、系统硬件构成
　　结合市场的购买条件，并根据包装生产线的特点，本系统对所用的PLC、单片机及接口总线进行选型：在硬件的选用上，两个可编程序控制器(PLC)采用日本三菱公司生产的FX2系列的PLC；两个单片机采用AT89C52型号，它是美国ATMEL公司生产的；中央PC机选用工业控制机IPC610(它带有2个RS-232C通信口和输入输出板，便于数据采集和系统故障诊断系统的设计)；采用RS-485总线来实现分布式测控系统中上下位机之间的串行通信。
　　3、系统软件构成
　　系统软件是构成整个包装生产线监测控制诊断系统的重要部分，它对整个系统工作性能的好坏将起到决定性的作用。根据该系统的功能要求，按照一般软件系统开发的一般步骤，通过对系统功能的分类和研究，在选择相应的开发工具的基础上，大体可以把整个软件系统分为通信软件、监控软件和诊断软件3大部分。软件构成总图见图2。对于不同的部分，可以选择不同的开发工具，按其性能的不同要求进行开发，以求达到预期的效果。

图2   上位机软件总体设计简图

　　分布式监控诊断系统具有分散采集，集中监视、诊断和管理，可靠性高，网络互联能力强，系统功能强等特点。本文对包装生产线http://www.shusongjish.com的分布式监控诊断系统进行了总体设计(包括硬件、软件的设计)，对包装生产线分布式监控诊断系统的研究和开发，在包装工程学科和计算机自动控制方面都具有重要的学术价值，在生产实践中也有较大的应用推广价值。