计算机控制系统实例

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

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

FX2N 485PCIF

图11.8内胎硫化计算机群控及管理系统总体方警子程序

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、

FX2N 485BD

FX2N

4AD

FX2N 128MR

FX2N

4AD

温度变送器

模拟

选通

信号

热电阻

开

关

量

输

入

输

岀

信

号

初始化

■

开模拟开关

聽处理子程拟

■输［

手动/自

■岀

信I

—选通—

信号动

1#—48#硫化机

it

自动温度变效器化计算子程序

热电阻

逻辑动作子程序 "、

泄压、开模等丿

49#—96#硫化机

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

模拟开关

FX2N 485BD

PLC FX2N

128MR

数据采

手动

巧仔或定时硫化

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•工控机软件总体设计

工控机管理软件采用In prise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Microsoft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AP 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。