三維力控ForceControl工控組態(tài)軟件是一個(gè)基于Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)、處理和控制軟件包。利用該組態(tài)軟件提供的工具，通過簡(jiǎn)單形象的組態(tài)工作，即可構(gòu)成所需的軟件功能，它正以其便捷的軟件開發(fā)性能、易維護(hù)性和較低的開發(fā)費(fèi)用成為國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主流軟件。

組態(tài)軟件功能分析

1．DRAW

豐富的畫面顯示組態(tài)功能組態(tài)軟件提供給用戶豐富強(qiáng)大的繪圖編輯、動(dòng)畫連接和腳本工具。DRAW是集成的開發(fā)環(huán)境，它使用面向?qū)ο蟮膱D形對(duì)象創(chuàng)建動(dòng)畫式顯示窗口，同時(shí)它還為開發(fā)者提供了大量常用的工業(yè)設(shè)備圖符、儀表圖符、趨勢(shì)圖、歷史曲線、報(bào)警對(duì)象等功能，它使用面向?qū)ο蟮膱D形對(duì)象創(chuàng)建動(dòng)畫式顯示窗口。這些窗口的數(shù)據(jù)、圖形顯示可以來(lái)自過程I／O或Microsoft Windows第三方應(yīng)用程序。

2．VIEW

VIEW用來(lái)運(yùn)行由DRA W 創(chuàng)建的圖形窗口，支持的畫面數(shù)量不受限制，數(shù)據(jù)刷新速度快于5 ms。軟件提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模型庫(kù)和控制功能庫(kù)，滿足用戶所需的測(cè)控要求，能夠?qū)y(cè)控信息進(jìn)行記錄存儲(chǔ)、顯示計(jì)算、分析、打印，界面操作靈活方便，為保證數(shù)據(jù)安全性，還設(shè)有口令保護(hù)功能。

3．DB

DB是整個(gè)系統(tǒng)的核心、構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)整個(gè)力控應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警信息處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)示處理。DB與DRA W構(gòu)成服務(wù)器，客戶機(jī)模式，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的DB通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序可以構(gòu)建成復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。單機(jī)數(shù)據(jù)處理能力超過1萬(wàn)點(diǎn)，歷史數(shù)據(jù)可以保存l0年以上，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力超過5萬(wàn)點(diǎn)。

4．I／0 Server

I／O Server完成與各種檢測(cè)、控制設(shè)備的通信，負(fù)責(zé)從過程I／O設(shè)備讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)將來(lái)自圖形界面和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的控制命令寫入I／O設(shè)備。DB與I／O Server構(gòu)成服務(wù)器／客戶計(jì)算模式。I／O Server由很多單體程序構(gòu)成，每個(gè)單體程序能夠完成特定設(shè)備的通信功能，支持大多數(shù)主流控制設(shè)備生產(chǎn)商所提供的硬件。

5．NetClient和NetServer

在NetClient和NetServer內(nèi)部采用的TCP／IP通信協(xié)議，它保證用戶可以充分利用Intranet或Internet的網(wǎng)絡(luò)資源，保證數(shù)據(jù)刷新速度快于5 ms，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力超過5萬(wàn)點(diǎn)。

Force Control的應(yīng)用

依據(jù)上述對(duì)組態(tài)軟件的功能分析，結(jié)合鉆桿摩擦焊生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇了三維力控組態(tài)軟件作為此工控系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件。基于以上考慮其數(shù)據(jù)采集和控制器件采用日本OMRON CQMIH系列PLC、字光溫控儀、美國(guó)RETEC測(cè)溫儀和日本TOSHIBA變頻器；網(wǎng)絡(luò)連接采用RS485總線傳輸，連接距離1．5 km，通信速率9 600 bits；計(jì)算機(jī)采用研華工控機(jī)1GHz、256MB內(nèi)存、30GB硬盤、20in飛利浦大屏幕顯示器；通信適配器采用RS232C S484 RS422信號(hào)轉(zhuǎn)換適配器。

本生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)為單機(jī)集中式控制系統(tǒng)，今后還可以通過電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)或Intranet把工控機(jī)連接到各管理部門工作站上，以實(shí)現(xiàn)集中式管理。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到如果工控機(jī)出現(xiàn)故障不能工作，操作員可以在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng)對(duì)每一條生產(chǎn)線進(jìn)行控制，回到傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方式。整個(gè)工控系統(tǒng)硬件控制模式如下圖。

圖1 工程系統(tǒng)硬件控制模式

1．摩擦焊生產(chǎn)線概況與監(jiān)控要求

(1) 生產(chǎn)概況

摩擦焊生產(chǎn)共有3條，即退火、淬火和回火線。控制系統(tǒng)基本的分布情況是：退火定位信號(hào)2點(diǎn)、上料信號(hào)l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號(hào)l點(diǎn)；淬火定位信號(hào)4點(diǎn)、上料信號(hào)l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號(hào)l點(diǎn)；回火定位信號(hào)2點(diǎn)、上料信號(hào)l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號(hào)l點(diǎn)。

(2) 監(jiān)控要求

① 信號(hào)采集：包括對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集和對(duì)中頻感應(yīng)圈溫度信號(hào)等非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集。
② 監(jiān)控操作：包括操作控制、參數(shù)設(shè)定等。
③ 動(dòng)態(tài)顯示：包括動(dòng)態(tài)流程圖顯示、報(bào)警顯示、實(shí)時(shí)溫度曲線顯示等。
④ 操作畫面：通過畫面操作可查詢與管理生產(chǎn)系統(tǒng)，如打印實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表，并可任意設(shè)定打印的歷史報(bào)表的時(shí)刻。
⑤ 系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性。

2．軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況和監(jiān)控要求，此工控系統(tǒng)共組態(tài)DI(數(shù)字量輸入)36路；DO(數(shù)字量輸出)32路；AI(模擬量輸入)16路；AO(模擬量輸出)3路。應(yīng)用系統(tǒng)主要開發(fā)了24個(gè)顯示畫面，畫面內(nèi)容豐富，包括了如模擬表盤、數(shù)字表、趨勢(shì)圖、總貌圖、歷史曲線、實(shí)時(shí)溫度曲線、歷史報(bào)警、生產(chǎn)流程圖等1O多種顯示組件。在系統(tǒng)中采用了兩種方法來(lái)處理輸入／輸出量的控帶Ij一是不需要控制，數(shù)據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)采集到工控機(jī)后，可以直接在顯示器顯示；二是需要進(jìn)行判斷、計(jì)算的各種參數(shù)和變量，需要經(jīng)過相應(yīng)模塊的計(jì)算、判斷、編程，然后再進(jìn)行顯示、輸出和控制。

(1) 數(shù)字量信號(hào)

現(xiàn)場(chǎng)電磁閥及報(bào)警信號(hào)的檢測(cè)采用CQM1H系列PLC完成，力控I／O驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)完成PLC數(shù)據(jù)的讀／寫操作。

(2) 模擬量信號(hào)

中頻感應(yīng)圈溫度信號(hào)由美國(guó)RETEC測(cè)溫儀采集后送往宇光溫控儀，溫控儀將信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)再采用RS485與上位機(jī)中的力控軟件通信，由其處理采集到的信號(hào)，將其測(cè)量值與上限報(bào)警值相比較，據(jù)此產(chǎn)生超溫報(bào)警信號(hào)，并在顯示器上顯示。

(3) 智能通信傳送

由于一臺(tái)上位機(jī)同時(shí)監(jiān)控三條生產(chǎn)線，所以必須對(duì)各條生產(chǎn)線的PLC及溫控儀等控制設(shè)備加以區(qū)分。本系統(tǒng)中將不同的PLC及溫控儀賦以不同的站點(diǎn)號(hào)來(lái)加以區(qū)分。

(4) 顯示畫面

根據(jù)工藝提出的生產(chǎn)要求，力控軟件操作畫面的設(shè)計(jì)采用主菜單的形式。并且在每幅畫面中分別有按鈕進(jìn)行切換，畫面包括主菜單、動(dòng)態(tài)流程圖及溫控曲線畫面、報(bào)表畫面、報(bào)警畫面、歷史數(shù)據(jù)查詢畫面等。

在流程圖畫面中(見圖2)，根據(jù)流程圖當(dāng)前批示顏色和閃爍狀態(tài)可以確定現(xiàn)場(chǎng)各條生產(chǎn)線此時(shí)所處的工作狀態(tài)。例如，退火流程圖監(jiān)控下的圓形回退指示塊此時(shí)顯示為紅色且不斷閃爍，說明淬火生產(chǎn)線上的鉆桿正處于回退操作中。

圖2 流程畫面

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常報(bào)警時(shí)，實(shí)時(shí)報(bào)警畫面自動(dòng)彈出，并且在畫面右上方的報(bào)警指示燈在不斷閃爍，同時(shí)上位機(jī)發(fā)出報(bào)警鈴聲，以警告操作者。根據(jù)報(bào)警顯示畫面中給出的異常位號(hào)和注釋，可以判斷出是哪部分出現(xiàn)了異常和異常情況的類型。

通過點(diǎn)擊歷史報(bào)警按鈕，還可以查詢過去曾經(jīng)發(fā)生過的所有報(bào)警情況。

(5) DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)鏈接(客戶程序和服務(wù)器程序之間的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)通信方式)

服務(wù)器方檢測(cè)數(shù)據(jù)變化，當(dāng)數(shù)據(jù)一旦發(fā)生變化則服務(wù)器方自動(dòng)將變化過的數(shù)據(jù)發(fā)向客戶方面而不需客戶方的請(qǐng)求。在組態(tài)應(yīng)用程序時(shí)需要給出DDE的定義，包括服務(wù)(Service)和主題(Topic)。服務(wù)就是服務(wù)器程序的名字，本程序中為Excel；主題就是服務(wù)器程序提供服務(wù)名，即Excel的各個(gè)工作表。

3．系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行情況

應(yīng)用腳本程序編制時(shí)，一定要考慮通信速度。如果不停地循環(huán)向控制器（PLC）下置數(shù)據(jù)，會(huì)影響數(shù)據(jù)采集速度。因此，向PLC發(fā)送控制命令的程序動(dòng)作應(yīng)盡量放在數(shù)據(jù)改變腳本中執(zhí)行。

根據(jù)不同的設(shè)備可以反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的配置，使之達(dá)到最佳工作狀態(tài)，因?yàn)椴煌O(shè)備對(duì)采集速率有不同要求。重要的控制功能由穩(wěn)定可靠的PLC去完成，這樣當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)就不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)控制，做到危險(xiǎn)分散、集中控制。

經(jīng)過近2年的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明：大慶管修廠摩擦焊車間自從鉆桿摩擦焊生產(chǎn)線微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用以后，大大地提高了勞動(dòng)效率、產(chǎn)品合格率，而且降低了工作強(qiáng)度，簡(jiǎn)化了操作和維修，降低了生產(chǎn)費(fèi)用，車間經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著的提高。(e