1、引言
MCGS嵌入版組態(tài)軟件是基于RTOS（real-time multi-tasks operating system）實時多任務操作系統(tǒng)的組態(tài)軟件，用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構造自己的應用系統(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)時得心應手。目前已在各個行業(yè)得到廣泛應用。硫化機行業(yè)采用MCGS作為開發(fā)平臺，并結合自身行業(yè)特點進行特殊定制，建立了適合自身行業(yè)特點的監(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，部件準備，輪胎成型，硫化。輪胎硫化的生產(chǎn)過程，主要是硫化機按照工藝要求，給輪胎施加不同的壓力和溫度，達到控制輪胎產(chǎn)品性能的目的。硫化工序生胎經(jīng)過適當?shù)臅r間以及適宜的條件，從而硫化成成品輪胎，如果硫化時溫度、壓力、時間控制的不準確就會影響輪胎質量。硫化完的輪胎即具備了成品輪胎的外觀，輪胎通過檢驗后就可入成品庫。所以硫化過程是輪胎生產(chǎn)成敗的關鍵。該過程條件多，控制復雜，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
整個硫化過程涉及到的軟硬件可以劃分為三個部分：硫化機的機械裝置；機械控制單元（PLC）：接受設置，并完成控制過程；監(jiān)控軟件：完成工藝配置，PLC設置，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，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按照工藝設置控制機械裝置完成生產(chǎn)過程。在生產(chǎn)過程中，監(jiān)控軟件采集生產(chǎn)相關的實時數(shù)據(jù)完成顯示和歷史記錄的保存工作。
3、傳統(tǒng)硫化機系統(tǒng)
傳統(tǒng)的硫化機系統(tǒng)，硬件方面它使用通用計算機CPU和內(nèi)存，使用硬盤作為存儲設備，僅提供1～2個RS232通訊口，這就決定了它的運行需要占用計算機的資源，致使計算機速度比較慢，另一方面，使用這些硬件機器發(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算機語言開發(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)絡攻擊，存在安全威脅。
4、嵌入式硫化機系統(tǒng)
嵌入式硫化機系統(tǒng)結構
這種體系結構與傳統(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)存儲空間，并且它還提供1~4個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)包括三個方面：開關控制，模擬量控制，時間控制。各種控制數(shù)據(jù)的功能分別如下：
開關控制數(shù)據(jù)：用來控制各種蒸氣閥門（進氣和排氣），水閥門（進水和排水），機械臂，壓力裝置。
模擬量控制：主要是溫度和壓力，一共兩個溫度（左右溫度），兩個壓力（內(nèi)外壓力）。
時間控制用來控制保持溫度和壓力的時間長度。
工藝數(shù)據(jù)也包括三個方面：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)：由一組預先設置的控制數(shù)據(jù)組成一個工藝步驟，多個工藝步驟組成一個完整的工藝過程。
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)的保存結果。
5.2 工藝數(shù)據(jù)組態(tài)
根據(jù)硫化過程的特點，一個輪胎硫化過程需要多步工序，每個工序都需要進行一段時間，同時每步工序對應的多個閥門狀態(tài)也各不相同，這就需要為每步工序設置不同的進行時間，及每步工序對應的多個閥門狀態(tài)控制參數(shù)。結合MCGS組態(tài)軟件的特點可以使用配方來實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)的控制，在組態(tài)下定義和編輯配方，每個工序需要進行的一段時間用配方的延遲時間來實現(xiàn)。即由一組預設的閥門控制狀態(tài)和一個時間量組成一個工藝記錄，工藝步驟按時間順序執(zhí)行。具體實現(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置數(shù)據(jù)的讀取，并按照時間要求將數(shù)據(jù)下載到PLC設備。
工藝表下載方案：PLC驅動提供設備命令，驅動的該命令能直接讀取配方數(shù)據(jù)，實現(xiàn)塊下發(fā)。硫化工藝開始前，當前工藝數(shù)據(jù)需下載到PLC中，每步工藝保持時間長短由PLC根據(jù)該步驟的執(zhí)行時間控制。
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，開關量數(shù)據(jù)顯示使用動畫構件，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節(jié)儀設計的曲線顯示構件。它最大支持八條曲線，支持24小時范圍實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示及曲線標識顯示（溫度和壓力），能夠直觀地體現(xiàn)出當前的曲線說明，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行環(huán)境下以對圓盤曲線的大小進行縮放，當曲線放大后點擊曲線的某一點可以對該曲線進行移動，移動至所關心的數(shù)據(jù)區(qū)查看曲線細節(jié)。硫化機的曲線如下圖所示：
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，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。曲線關聯(lián)數(shù)據(jù)對象，以曲線的形式來顯示實時數(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間，也以曲線形式在該構件上顯示。
歷史數(shù)據(jù)保存面臨兩大風險，一是數(shù)據(jù)量大，二是查詢效率低。數(shù)據(jù)量大的風險主要是由于歷史數(shù)據(jù)保存的時間要求比較長，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，因此要解決這二個問題除了用MCGS提供的組對象存盤機制進行保存并擴展存儲空間外，使用圓盤曲線實現(xiàn)按天查詢有效的解決了查詢效率低這一問題。以存儲四個模擬量、間隔6秒為例，圓盤曲線可存儲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<2s，縮放狀態(tài)切換耗時<1s。
6、硫化機網(wǎng)絡群控
6.1 網(wǎng)絡群控意義
隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大,在一個生產(chǎn)廠里可能分布有幾十臺甚至上百臺硫化機。如何集中、方便、高效的管理整個生產(chǎn)過程以及這些硫化機設備就成為一個難題。為此充分利用MCGS組態(tài)開放性，可擴展性的特點，開發(fā)工廠級的設備聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)，將整個工廠里所有硫化設備和生產(chǎn)過程納入統(tǒng)一管理。就能很好的滿足現(xiàn)場設備管理/生產(chǎn)管理的需要，大大簡化管理復雜度，提高管理效率。
6.2 技術特點(拓撲圖)
如圖所示，下位機使用相同的設備和工程，工程環(huán)境都使用MCGS硫化機專用版,每臺下位機通過ModbusTCP轉發(fā)出12個浮點數(shù)(或整數(shù))。
上位機配置一個中心服務器，中心服務器使用網(wǎng)絡版MCGS軟件,通過以太網(wǎng)和所有硫化機的TPC相連接,使用專用群控設備驅動，輪詢掃描所有TPC，讀取的數(shù)據(jù)存在設備內(nèi)的緩沖區(qū)內(nèi)；使用一組變量表和監(jiān)控畫面，系統(tǒng)運行時在腳本中使用驅動的設備命令將數(shù)據(jù)從設備的緩沖區(qū)讀到通道變量中并在畫面中顯示。
6.3 應用情況
MCGS組態(tài)軟件在硫化行業(yè)的聯(lián)網(wǎng)應用，實現(xiàn)了遠程工藝設置，遠程參數(shù)顯示和設置，并且集中顯示遠程實時數(shù)據(jù)，通過MCGS網(wǎng)絡版組態(tài)軟件實現(xiàn)IE客戶端瀏覽功能。目前這一網(wǎng)絡群控功能在硫化行業(yè)得到廣泛應用，并為其它行業(yè)指明了方向。
7、結束語
結合硫化行業(yè)自身的特點，通過MCGS本身的平臺及專業(yè)的圓盤曲線和配方功能,實現(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)過程實時管理的功能，同時體現(xiàn)了嵌入式HMI的高效率和良好系統(tǒng)擴展性。
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