MCGS在硫化機(jī)行業(yè)的應(yīng)用
1、引言
MCGS嵌入版組態(tài)軟件是基于RTOS（real-time multi-tasks operating system）實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)的專門應(yīng)用于嵌入式操作系統(tǒng)的組態(tài)軟件，用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)，從而把用戶從繁瑣的編程中解脫出來，讓更多的用戶在使用嵌入式系統(tǒng)時(shí)得心應(yīng)手。目前已在各個(gè)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。硫化機(jī)行業(yè)采用MCGS作為開發(fā)平臺(tái)，并結(jié)合自身行業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行特殊定制，建立了適合自身行業(yè)特點(diǎn)的監(jiān)控管理系統(tǒng)。
2、硫化監(jiān)控系統(tǒng)要求
2.1 輪胎生產(chǎn)工藝
輪胎生產(chǎn)工藝過程可以分為四步：密煉，部件準(zhǔn)備，輪胎成型，硫化。輪胎硫化的生產(chǎn)過程，主要是硫化機(jī)按照工藝要求，給輪胎施加不同的壓力和溫度，達(dá)到控制輪胎產(chǎn)品性能的目的。硫化工序生胎經(jīng)過適當(dāng)?shù)臅r(shí)間以及適宜的條件，從而硫化成成品輪胎，如果硫化時(shí)溫度、壓力、時(shí)間控制的不準(zhǔn)確就會(huì)影響輪胎質(zhì)量。硫化完的輪胎即具備了成品輪胎的外觀，輪胎通過檢驗(yàn)后就可入成品庫。所以硫化過程是輪胎生產(chǎn)成敗的關(guān)鍵。該過程條件多，控制復(fù)雜，一旦出現(xiàn)問題，前面幾道工序做的再好也沒有意義。
2.2 硫化系統(tǒng)組成
整個(gè)硫化過程涉及到的軟硬件可以劃分為三個(gè)部分：硫化機(jī)的機(jī)械裝置；機(jī)械控制單元（PLC）：接受設(shè)置，并完成控制過程；監(jiān)控軟件：完成工藝配置，PLC設(shè)置，以及數(shù)據(jù)顯示和管理。在硫化過程中，這三部分密切相關(guān)，首先是由監(jiān)控軟件完成工藝的編制，然后下載需要的工藝到PLC，由PLC按照工藝設(shè)置控制機(jī)械裝置完成生產(chǎn)過程。在生產(chǎn)過程中，監(jiān)控軟件采集生產(chǎn)相關(guān)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)完成顯示和歷史記錄的保存工作。
3、傳統(tǒng)硫化機(jī)系統(tǒng)
傳統(tǒng)的硫化機(jī)系統(tǒng)，硬件方面它使用通用計(jì)算機(jī)CPU和內(nèi)存，使用硬盤作為存儲(chǔ)設(shè)備，僅提供1～2個(gè)RS232通訊口，這就決定了它的運(yùn)行需要占用計(jì)算機(jī)的資源，致使計(jì)算機(jī)速度比較慢，另一方面，使用這些硬件機(jī)器發(fā)熱量也比較大，且硬盤易損壞，不安全。軟件方面，HMI軟件使用WIN98或WIN2000系統(tǒng)，采用第三方開發(fā)的監(jiān)控軟件，而這些監(jiān)控軟件普遍使用通用計(jì)算機(jī)語言開發(fā)，軟件靈活性不是很好，而且WIN98和WIN2000系統(tǒng)安全方面不太可靠，易受網(wǎng)絡(luò)攻擊，存在安全威脅。
4、嵌入式硫化機(jī)系統(tǒng)
嵌入式硫化機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
這種體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的體系相比，硬件方面：它使用高性能低功耗CPU，內(nèi)存容量為64~256M，提供了64M到2G的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，并且它還提供1~4個(gè)RS232、RS485、網(wǎng)口、CAN等通訊接口。軟件方面：嵌入式WINCE操作系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的WINDOW98，WINDOW2000等操作系統(tǒng)，MCGS組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)代替了傳統(tǒng)的應(yīng)用程序。
5、組態(tài)開發(fā)
5.1 硫化數(shù)據(jù)分析
硫化過程中用到的數(shù)據(jù)，總體分為兩大部分：控制數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。控制數(shù)據(jù)包括三個(gè)方面：開關(guān)控制，模擬量控制，時(shí)間控制。各種控制數(shù)據(jù)的功能分別如下：
開關(guān)控制數(shù)據(jù)：用來控制各種蒸氣閥門（進(jìn)氣和排氣），水閥門（進(jìn)水和排水），機(jī)械臂，壓力裝置。
模擬量控制：主要是溫度和壓力，一共兩個(gè)溫度（左右溫度），兩個(gè)壓力（內(nèi)外壓力）。
時(shí)間控制用來控制保持溫度和壓力的時(shí)間長度。
工藝數(shù)據(jù)也包括三個(gè)方面：工藝數(shù)據(jù)，過程數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)。各種數(shù)據(jù)的功能分別如下：
工藝數(shù)據(jù)：由一組預(yù)先設(shè)置的控制數(shù)據(jù)組成一個(gè)工藝步驟，多個(gè)工藝步驟組成一個(gè)完整的工藝過程。
過程數(shù)據(jù)：生產(chǎn)過程中測量得到的開關(guān)控制狀態(tài)數(shù)據(jù)和模擬量數(shù)據(jù)。
歷史數(shù)據(jù)：過程數(shù)據(jù)的保存結(jié)果。
5.2 工藝數(shù)據(jù)組態(tài)
根據(jù)硫化過程的特點(diǎn)，一個(gè)輪胎硫化過程需要多步工序，每個(gè)工序都需要進(jìn)行一段時(shí)間，同時(shí)每步工序?qū)?yīng)的多個(gè)閥門狀態(tài)也各不相同，這就需要為每步工序設(shè)置不同的進(jìn)行時(shí)間，及每步工序?qū)?yīng)的多個(gè)閥門狀態(tài)控制參數(shù)。結(jié)合MCGS組態(tài)軟件的特點(diǎn)可以使用配方來實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的控制，在組態(tài)下定義和編輯配方，每個(gè)工序需要進(jìn)行的一段時(shí)間用配方的延遲時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。即由一組預(yù)設(shè)的閥門控制狀態(tài)和一個(gè)時(shí)間量組成一個(gè)工藝記錄，工藝步驟按時(shí)間順序執(zhí)行。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：
工藝表編輯和保存方案：使用配方來管理工藝記錄表，配方組保存工藝記錄表，每條配方表示一個(gè)工藝記錄。
工藝執(zhí)行方案：在循環(huán)策略中使用配方腳本完成設(shè)置數(shù)據(jù)的讀取，并按照時(shí)間要求將數(shù)據(jù)下載到PLC設(shè)備。
工藝表下載方案：PLC驅(qū)動(dòng)提供設(shè)備命令，驅(qū)動(dòng)的該命令能直接讀取配方數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)塊下發(fā)。硫化工藝開始前，當(dāng)前工藝數(shù)據(jù)需下載到PLC中，每步工藝保持時(shí)間長短由PLC根據(jù)該步驟的執(zhí)行時(shí)間控制。
5.3 硫化數(shù)據(jù)保存與顯示
硫化數(shù)據(jù)顯示針對不同的數(shù)據(jù)而不同，開關(guān)量數(shù)據(jù)顯示使用動(dòng)畫構(gòu)件，模擬量數(shù)據(jù)顯示使用圓盤曲線顯示。內(nèi)溫，外溫，內(nèi)壓和外壓的變化趨勢可以通過兩種方式來顯示，歷史曲線和圓盤曲線。
圓盤曲線是專門為替代三針指示記錄調(diào)節(jié)儀設(shè)計(jì)的曲線顯示構(gòu)件。它最大支持八條曲線，支持24小時(shí)范圍實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示及曲線標(biāo)識(shí)顯示（溫度和壓力），能夠直觀地體現(xiàn)出當(dāng)前的曲線說明，還支持3~60秒的數(shù)據(jù)采集間隔，通過使用腳本程序在運(yùn)行環(huán)境下以對圓盤曲線的大小進(jìn)行縮放，當(dāng)曲線放大后點(diǎn)擊曲線的某一點(diǎn)可以對該曲線進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)至所關(guān)心的數(shù)據(jù)區(qū)查看曲線細(xì)節(jié)。硫化機(jī)的曲線如下圖所示：
圓盤曲線
硫化胎號將寫在最外層曲線的周圍，一周0-24表示一天中的24小時(shí)，垂直方向0-250表示溫度為0度-250度，水平方向0-5表示壓力，其中溫度和壓力的范圍可以自定義。曲線關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對象，以曲線的形式來顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的查詢使用HisData()方法打開自定義查詢時(shí)間，也以曲線形式在該構(gòu)件上顯示。
歷史數(shù)據(jù)保存面臨兩大風(fēng)險(xiǎn)，一是數(shù)據(jù)量大，二是查詢效率低。數(shù)據(jù)量大的風(fēng)險(xiǎn)主要是由于歷史數(shù)據(jù)保存的時(shí)間要求比較長，一般都在一年以上，按每6秒鐘保存一條記錄計(jì)算數(shù)據(jù)量也接近1G，而查詢效率低原因也就是由于數(shù)據(jù)量大引起的，因此要解決這二個(gè)問題除了用MCGS提供的組對象存盤機(jī)制進(jìn)行保存并擴(kuò)展存儲(chǔ)空間外，使用圓盤曲線實(shí)現(xiàn)按天查詢有效的解決了查詢效率低這一問題。以存儲(chǔ)四個(gè)模擬量、間隔6秒為例，圓盤曲線可存儲(chǔ)120天～6200天的硫化過程數(shù)據(jù)，而查詢?nèi)我庖惶斓臄?shù)據(jù)耗時(shí)<2s，縮放狀態(tài)切換耗時(shí)<1s。
6、硫化機(jī)網(wǎng)絡(luò)群控
6.1 網(wǎng)絡(luò)群控意義
隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,在一個(gè)生產(chǎn)廠里可能分布有幾十臺(tái)甚至上百臺(tái)硫化機(jī)。如何集中、方便、高效的管理整個(gè)生產(chǎn)過程以及這些硫化機(jī)設(shè)備就成為一個(gè)難題。為此充分利用MCGS組態(tài)開放性，可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，開發(fā)工廠級的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)，將整個(gè)工廠里所有硫化設(shè)備和生產(chǎn)過程納入統(tǒng)一管理。就能很好的滿足現(xiàn)場設(shè)備管理/生產(chǎn)管理的需要，大大簡化管理復(fù)雜度，提高管理效率。
6.2 技術(shù)特點(diǎn)(拓?fù)鋱D)
如圖所示，下位機(jī)使用相同的設(shè)備和工程，工程環(huán)境都使用MCGS硫化機(jī)專用版,每臺(tái)下位機(jī)通過ModbusTCP轉(zhuǎn)發(fā)出12個(gè)浮點(diǎn)數(shù)(或整數(shù))。
上位機(jī)配置一個(gè)中心服務(wù)器，中心服務(wù)器使用網(wǎng)絡(luò)版MCGS軟件,通過以太網(wǎng)和所有硫化機(jī)的TPC相連接,使用專用群控設(shè)備驅(qū)動(dòng)，輪詢掃描所有TPC，讀取的數(shù)據(jù)存在設(shè)備內(nèi)的緩沖區(qū)內(nèi)；使用一組變量表和監(jiān)控畫面，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在腳本中使用驅(qū)動(dòng)的設(shè)備命令將數(shù)據(jù)從設(shè)備的緩沖區(qū)讀到通道變量中并在畫面中顯示。
6.3 應(yīng)用情況
MCGS組態(tài)軟件在硫化行業(yè)的聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程工藝設(shè)置，遠(yuǎn)程參數(shù)顯示和設(shè)置，并且集中顯示遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過MCGS網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)IE客戶端瀏覽功能。目前這一網(wǎng)絡(luò)群控功能在硫化行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并為其它行業(yè)指明了方向。
7、結(jié)束語
結(jié)合硫化行業(yè)自身的特點(diǎn)，通過MCGS本身的平臺(tái)及專業(yè)的圓盤曲線和配方功能,實(shí)現(xiàn)了硫化工藝的控制與數(shù)據(jù)的顯示與保存及全生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)管理的功能，同時(shí)體現(xiàn)了嵌入式HMI的高效率和良好系統(tǒng)擴(kuò)展性。
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作者簡介:
姓名:余曉華
性別:女
出生年月:1981.04.25
院校:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
專業(yè):計(jì)算機(jī)應(yīng)用
