基于RS-485总线的分布式金刚石加工监控系统研制

1 引言

特种金刚石聚晶的合成，对加工工艺要求的非常严格，产品质量好坏受合成炉加温工艺、加压工艺影响较大。目前传统的金刚石聚晶加工合成设备采用人工通过监测电流、压力显示仪表进行手工操作控制，对操作工素质的要求较高，产品的合格率及生产效率也难以提高。本课题项目，主要研究基于总线技术的控制系统，给特种 金刚石聚晶合成控制提供一个硬件基础，改变原来的监控手段，实现了加工工艺参数的自动精确监测和按造加工工艺控制，减少人为因素造成的不合格产品，提高产品的成品率。本文介绍系统的设计与性能测试方法。

2 系统体系结构及实现

2.1 系统体系结构

考虑到金刚石聚晶合成现场强电设备较多，现场噪声干扰严重等，如采用传统的模拟信号长距离传输采集，不易保证信号质量;再加上各合成设备分布较散、监测点 比较分散，监控中心距各监测点距离又较远，因此系统采用如图1所示的基于rs-485总线的分层分布开放式体系结构模型，即系统由加工工艺监测中心(远 方)、集中监测层和就地数据采集、控制层组成，实现管理集中、监测分散的设计思想。从体系模型结构上，分为三个层次:

(1) 数据采集、控制层—主要包括由合成装置、智能数据采集、控制器及传感器构成的数据采集控制层，现场数据传输总线采用rs-485总线，完成现场装置控制工 艺参数从监控层计算机的下载接收。

(2) 现场集中监测层—由现场监测计算机组成，主要完成从上层下载工艺参数及对每个合成炉的加工工艺加载、数据采集、初步处理和现场监控，并将数据传输到远控监测管理层。

(3) 远控管理监测层—主要面向具有管理和调度权限的管理人员，由监测计算机和服务器等组成，在此完成集中监测管理及对每个合成炉加工设备的工艺输入。

3 系统硬件设计

硬件系统如图1所示，主工控机采用研华工控整机，根据受控设备现场分布情况，选择rs-485总线结构，远程数据采集控制硬件选用具有rs-485总线输 出的ad4000系列模块和开发具有rs-485总线输出的智能传感器。

图1 系统结构图

3.1 智能传感器模块

智能传感器模块有温度传感器、电流传感器、压力传感器。传感器结构如图2所示:

图2 智能传感器设计结构图

3.2 输入输出模块

ad4000系列其内建的微处理器具有信号处理、模拟量信号输出、开关量信号输入输出接口，可通过rs-485总线网络，独立提供智能信号调理，具有传输 距离远、抗干扰能力强、使用灵活、维护方便、便于联网和扩展等优点。

4 系统软件设计

由于分布式集散控制系统的使用，使管理和操作人员在劳动强度减轻的同时，所要监测的范围也更宽了。传统的监测系统，信息的主要表现是文本以及一些简单的开关状态的显示，这很难适应现代化企业的优化管理的要求。21世纪末，随着多媒体技术的发展，信息媒体的多样性、交互性和集成性，使用户能够更直观有效地控制和使用信息。在监控系统中引入多媒体技术，将大大提高生产自动化水平。

4.1 组态软件的选取

开发一个在线生产监控系统，必然要涉及到很多不同类别的设备驱动、数据采集和传输控制、多种媒体信息的处理和集成等。若采用传统的最底层编程的方式，人力物力耗费较大，开发周期长等缺点。因此选用组态软件作为本系统的软件开发平台和开发环境。它包含目前流行的多种硬件设备驱动程序，支持 adm4000系 列，支持rs-485、rs-232、rs-422以及tcp/ip等通讯协议，具有activex控件及动画功能、32位程序，可运行于win98、 win2000/nt平台。

4.2 系统软件的设计

软件核心部分:数据采集与处理、控制算法模块、输出控制模块、通讯模块、加工参数数据库、历史数据库等组成，系统软件结构示意图如图3所示:

图3 系统控制软件结构示意图

软件采用面向对象模块化开发方法，对各工程模块进行独立组态设计，再利用组态软件提供的工程合并功能，在管理监测层进行系统集成。在开发过程中也使用了系统化方法:

(1) 测点的系统编码:对所有的测点和设备模块的可能故障和状态进行系统化编码，最终存入数据库中，可以更加高效的快速查询，保证系统的实时性。

(2) 变量的系统描述:设计中利用组态软件对变量可以中文命名等优点，对被监测的参数进行系统化定义，包括监测点参数的类型、监测位置、监测点编号等，增强了系统软件的可读性和维护性。

5 远程监测的实现及现场应用

本监控系统采取的是现场在线监控方式。我们利用企业局域网实现了现场与远端管理层之间的数据共享;也实现了对于局域网内的任何一台计算机(安装了监测软 件)的联网远程监测功能。随着现代通信技术和计算机技术的迅