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1、第11章 计算机控制系统实例 本章的教学目的与要求掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 授课主要内容 硫化机计算机群控系统 主要外语词汇Sulfurate Machine:硫化机 重点、难点及对学生的要求 说明：带“*”表示要掌握的重点内容，带“*”表示要求理解的内容，带“*”表示要求了解的内容，带“”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 硫化机计算机群控系统的软硬件设计* 辅助教学情况多媒体教学课件(POWERPOINT) 复习思考题 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义硫化机计算机群控系统内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后
2、一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使 用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间， 由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接 影响了内胎的质量。因此， 设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不 仅能提高企业的自动化水平， 也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动 强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度， 同时也避免了个别硫化操作人员为提 高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间， 未硫化完毕就开模) ， 使内胎 的产品质量得到保证。1.系统总体方案内胎硫化过程共包括四个
3、阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式 相同， 所以特别适合群控。在自动模式下， 当硫化操作人员装胎合模后， 由控制系统根 据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响， 经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius)经验公式来计算等效硫化时间。某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96台，为便于整个生产过程的控制和管 理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴 DCS (Distributed Control System ， 集散控制系统) 系统结构， 使用 PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使 用工业控制计
4、算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。PLC 通过温度采集模块采集现场的 96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定 型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫化过程。采用串行通讯方式将 PLC 传送上来的信号采集到工业控制计算机，在监控软件主 界面对 96 台硫化机的硫化温度和状态进行动态显示， 并自动记录相关过程数据，监控软 件还具有参数设置、查询及报表打印等功能。由于计算机本身及其操作系统的不稳定性，工 业控制计算机不参与控制， 即使工业控制计算机出现故障也不会影响 PLC 的正常运行， 从而也不会影响现场的控制，但是所有的现场参数将不
5、能被监视和存储。系统共有三种工作方式:自动等效硫化方式、自动定时硫化控制方式和机台原有的延时 继电器手动控制方式。可以根据需要在现场利用操作台上的旋钮选择工作方式。工业控制计算机采用研华P4 2.4G，作为控制级的PLC共两套，采用三菱公司的FX2N 128MR。两套PLC的控制是独立的，分别通过串行口连接到工业控制计算机。特殊模块FX2N-4AD用来采集现场的热电阻温度信号，并进行模数转换后送往PLC。 热电阻采用PT100,热电阻经过温度变送器变成0-5V的电压信号。FX2n-4AD模块共有四 路通道，在任一时刻只能有4个温度信号进入PLC,为提高其使用效率，自行研制了模拟 转换开关，模拟
6、开关采用2片CD4501，可以完成16选1的模拟开关功能，利用PLC内部 的编程指令控制模拟转换开关依次选通各个通道，循环将48台热电阻信号采集到PLC。通讯模块FX2N-485BD（485信号）和通讯转换模块FX2N-485PC-IF（转换计算机的RS232 信号和485BD的485信号）被用来实现PLC和工业控制计算机的串行通讯。计算机=打印机FX2n 485PCIF模拟开关FX2n 485BDiFX2N128MRFAs温度变送器热电阻开关量输入输出信号开一关模拟开关手动数据采输入处理子程序卄选通手鈔信I信号自动温度变送器化计算子程序 H介或定时硫化热电阻逻辑动作子程序1#48#硫化机（合
7、模、泄压、开模等）49#96#硫化机图 11.8内胎硫化计算机群控及管理系统总体警子程序2可编程控制器控制软件的设计图11.9控制软件主程序流程简图三菱公司FX2N系列可编程控制器可以使用梯形图、指令表和SFC三种编程方式，指 令多达156种，功能强大，编程非常方便。从内胎硫化的流程可知，硫化的控制属于过程、位置控制， 采用 PLC 可方便的进行编程， 实现内胎硫化机的等效硫化时序。为提高运行 速度、减少运行指令，在控制软件设计中采用了模块化编程，设计了多种通用子程序，如数 据采样及处理子程序、等效硫化计算子程序、报警子程序等。控制软件主程序流程简图见图11.9。3.工控机管理软件设计1工控机
8、软件总体设计工控机管理软件采用 Inprise 公司的 Delphi7 开发，工控机的 RS2232 串行通讯接口通 过 FX2N-485PC-IF 连接到可编程控制器的通讯模块 FX2N-485BD 上，以半双工异步串行通 讯方式通讯，读取或设置参数，并在主窗口动态显示，自动记录车间内所有机台在三种控制 方式下生产的产品的过程参数和数量、操作合法性等数据，可以随时查看硫化温度曲线，还 具有报警提示、查询、报表打印等功能。系统功能图见图11.10。图11.10内胎硫化计算机管理系统功能图2串行通信接口数据传输的软件设计用 Delphi 开发串口通讯软件一般有两种方法：一种是采用 Microso
9、ft 的 MSComm 控件， 这种方法实现起来相对比较简单，但效率较低；另一种是利用Windows的通讯A P I函数， 使用A P I编写的串口通讯程序较为复杂，实现的功能强大，特别适合于面向低层的下位机 通讯， 但是需要编程人员掌握大量的通讯知识，还要掌握多线程编程。MOXA 公司提供了一个可供 Delphi 调用的串行通讯程序开发工具 PComm serial communication library ( PComm 串口通讯库)，PComm Library 是一个动态连接库(DLL )文 件，使用Microsoft Win32 API编写，利用PComm编写串口通讯软件既具有A P I的强 大功能， 使用起来也比较方便。11.2.4 结束语本系统在某橡胶制品有限公司投入运行后， 控制达到了预定的工艺要求， 内胎质量稳 定， 产品合格率达到 99. 8%以上， 每年可增加直接经济效益 200 万元。同时大幅减轻了 工人的劳动强度，改善了工作环境， 提高了企业生产的自动化和信息化程度， 并且还可方 便地与企业的信息管理系统相连， 组成管控一体化的网络系统。本系统群控机台数量多、投入低、抗干扰能力强、使用方便， 集控制与管理于一身， 特 别适合于在各种型号的硫化机控制中推广。
