基于RS485總線的面粉廠集散控制系統

1．1 生產工藝

面粉廠的加工工藝較簡單，簡單地說就是加入麥子磨成粉。然而作為一條自動生產線從加入麥子磨成粉再裝成袋，也不是一件容易的事。首先麥子經過管道處理后定量的由漏斗稱向磨機加入麥子，磨機加工出面粉，通過不同位置的管道分離出3種面粉及膚皮，他們分別稱為1號粉f1，2號粉f2，3號粉f3和膚皮br及被加工的麥子量b1。3種面粉和膚皮在其各自管道的出口處經各自的漏斗稱流出，而后經過各自的傳輸帶傳輸到包裝工序由包裝機自動裝袋封口。

1．2 原系統概況

廠里有3個車間，一個車間是一條面粉加工生產線，實際上就是一臺磨機及其龐大的管道輔助設備。這3條生產線完全一樣，都是由意大利20世紀80年代進口的。3個車間各自獨立地生產。3條生產線的測控部分都是由早期的單板機（z80）組成，沒有任何顯示功能，只有打印功能（超小型微打）。目前，我國面粉加工生產工藝已很成熟，自動化程度已很高，而該廠的設備是早期進口的設備，機械部分是很成熟的，電氣測控及生產管理部分遠遠不適應當前生產的需要，系統極待改造。

2 技術要求
　　
廠方決定將3條生產線全部改造，所有機械部分不動，徹底改造電氣測控部分。改造后的系統要求如下：

（1）實現管控一體化

做到各車間獨立生產，全廠集中指導，總控室能對各車間實時了解生產情況，并能對各車間進行調度、下達任務等。

（2）實時記錄如下數據

記錄被加工的麥子重量b1，相應的各種面粉、膚皮及耗電量，即f1，f2，f3，br及w。
　　
同時計算出f1，f2，f3的出粉率，即計算出f1／b1％，f2／b1％，f3／b1％。
　　
同時還要計算出一、二、三、四班的總出粉率以及對應的耗電量。

實時顯示各車間生產情況。

3　系統選型及硬件配置

3．1　系統選型
　　
目前控制領域最熱的就是現場總線技術的應用，利用該技術，車間級即現場級完全可以設計成開放式、數字化及多點通信的現場總線控制系統。但是具體情況要具體分析，對要設計的系統不但考慮系統投運后的先進性，還要考慮系統的性能價格比及其生產上的實用性。對該廠我們考慮如下問題：
　　
（1）該廠原設備是由意大利引進的生產線，限于當時的控制技術現狀，當時的確是先進的，然而十多年的發展已經遠遠落后了。因此，我們決定拆除原單板機系統重新設計新的系統。這就存在一個問題：該系統所有的電力控制及測控信號線都是暗縛，若采用現場總線控制系統就得重新穿線，造成一定的難度和浪費。
　　
（2）該系統所有的采集點都是開關量，大部分的檢測元件是漏斗稱的一個開關，漏斗滿開關就接觸一次，計一次數，就是用開關計數稱重的，總的采樣點不多，沒必要采用智能儀表。

（3）各車間之間不需通信聯系。
　　
（4）由廠方提出的系統要求看，要設計的系統屬要求不高的網絡系統。
　　
（5）目前現場總線系統價格還很高，廠方資金有限。
　　
由上述諸方面的考慮決定采用以rs485為總線的兩級集散控制系統。因為rs485總線相對于現場總線而言，具有結構簡單、成本低、軟件支持豐富、安裝方便等特點，并且在系統集成上，市場上有多種智能儀表、智能模塊、轉換模塊、遠程模塊等可供選擇，并且絕大多數現場儀表都有rs485總線接口，采用該總線可以很容易地開發一些對實時性要求不太高的中小型測控系統。

3．2　硬件配置
　　
本系統是以rs485為總線的兩級集散控制系統。

上位機選用研祥公司生產的工業控制機ipc，本機采用pentium p55c主機板，還配有硬盤、顯示器、打印機等。下位機原打算選用智能儀表或單片機，考慮到二者的價格和工業控制機ipc價格差不多，而且ipc技術資源豐富，開發、使用、維護都方便，因此下位機也選用了ipc，其結構圖如圖1所示。

由圖1看到，因上下位機ipc只有com接口（即rs232接口），而不具有rs485接口，為了采用rs485總線協議，上下位機都必須采用rs232／rs485轉換接口板，以便上下位機通信，圖1中adan4520就是完成此功能的轉換接口板。

下位機采集的信息，通過rs485總線傳遞給上位機。這里rs485以半雙工方式工作的，最大傳輸距離可達1 200 m，波特率在1 200～38 400 b／s間可任意配置，rs485總線采用一對有補償的雙絞線，即data＋和data－，僅2根連線，容易握手。以平衡差分方式傳輸信息具有很強的抗共模干擾能力，轉換還采用了光電隔離器，以防止主機靜電干擾，在總線末端還接有匹配電阻，吸收總線上的反射信號，以保證信號不受干擾正確傳輸。

圖1中pcl730是di／do采樣板。因本系統全是開關量，就連耗電量也是以開關量次數計量的（電度表是原有的，采用光電碼盤計量），所以只選用di／do這一塊開關量采樣板。

4　軟件設計
　　
本系統軟件設計以windows 98為平臺，采用delphi和c＋＋語言設計，下面僅介紹上下位機通信、界面和打印等主要程序的設計思想和設計方法。

4．1 通信軟件
　　
通信軟件必須符合rs485協議標準。因此上位機ipc與下位機ipc嚴格實行主從廣播結構形式的通信方式，上位機為主，下位機為從。從機不主動發送命令或數據，一切都由主機控制，從機之間不能直接通信，若要通信可通過主機實現，實際上本系統中不需此項功能。數據通信波特率定為9 600 b／s，每個從機都有惟一的地址號，此地址號是用來區別各從機的。
　　
幀格式定為8 b數據位，無奇偶校驗位，1位停止位。數據格式采用數據包的形式，數據包格式如下所示：

ipc機通過rs485網絡廣播自己要求的下位機地址，所有下位機都收聽廣播，記下廣播地址。各下位機把收到的地址與自己的地址進行比較，地址相同的下位機為被選中的下位機，其余下位機均未被選中，暫時在網絡上被隔離。網上只剩下主機和被選中的從機，這時二者按主從方式雙機進行過程通信。

4．2　上位機程序
　　
上位機主要功能是實時接收下位機的數據，并將按收到的數據進行加工處理，以便顯示和打印。主要程序介紹如下：

（1）上位機界面
　　
上位機設計了2個界面：一個是封皮，一個是“全廠工況”界面。下面主要介紹“全廠工況”界面，該界面包括如下部分：

一張實時顯示表，該表3 s種刷新一次。表中記有每個車間的f1，f2，f3，b1，br及相應的耗電量；各種面粉的出粉率；3個車間麥子的總加工量；3個車間各種面粉總的統計量；總的出粉率；各車間出粉袋數以及全廠總的出粉袋數；各車間發生事故次數。
　　
一個棒圖。為了一目了然，3個車間加工麥子的累積量，以及相應的各種總面粉、膚皮、耗電量用棒圖表示，棒圖實時在變化。
　　
一個餅圖。總的出粉率則用餅圖表示，餅圖也實時在變化。

（2）打印程序
　　
上位機只隨機打印當前麥子的總重量及相應的各種面粉、膚皮和相應的耗電量。這些數據僅供領導隨時查閱用。

（3）功能鍵
　　
在畫面的最下方設計有打印、修改、初始化、翻頁以及鍵鎖等功能鍵。

4．3　下位機程序

3臺下位機的程序完全相同，下位機也配置了相同的顯示器和打印機。主要程序有：

（1）顯示界面
　　
下位機設計了“車間工況”表作為主畫面，這個畫面實時顯示，3 s重刷新一次，表中主要有f1，f2，f3，b1，br及相應的耗電量；此外還有各種面粉的出粉率。在表的下面設計了車間所用的功能鍵，如初始化、打印、修改、翻頁及鍵鎖等。
　　
除了主畫面外，還設計了封皮、初始化設置表、參數修改表、報警記錄表等。

（2）打印程序
　　
下位機打印程序較復雜，按廠方要求設計了1 h，8 h，24 h自動定時打印，還設計了隨機打印程序。

4．4　歷史數據庫
　　
為了記錄本車間的生產工況，利用數據壓縮技術，3個車間各自建立了歷史數據庫，歷史數據庫內記錄了每天的f1、f2，f3，b1，br及相應的耗電量；各種面粉相應的出粉率；還記錄了當班事故發生的時間、次數等。本系統能記錄20年的生產情況。

5　結　語
　　
本系統上下位機能實時地顯視全廠及各車間工況狀態，給廠領導、總控室及車間工人提供了即時的直觀數據，便于廠方即時指導全廠生產，便于各車間操作工即時調正磨口，以使車間至全廠生產達到最佳狀態。該系統花少量的錢組建了簡單的以rs485為總線的兩級集散控制系統，這是個簡單的工業局域網絡，該系統使各車間都減少了勞動力，并且操作簡單、維護方便，從各車間到總控室所有信息一目了然，便于管理指揮，真正做到了管控一體化。