基于现场总线的配料监控系统的设计与实现

1 引言

　　全自动计量配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如：冶金，有色金属，化工，水泥建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开放性，免维护性，可扩展性是各行业所追求的一致目标。随着it技术的普及应用，工厂自动化将直接进入e时代，其中计量自动化scada也是一个重要的环节。

2 系统功能

　　基于以上目标，我们为某行业龙头企业设计、制造了一套全自动的多品种混合配料计量、预计量、输送、金属检测、包装计量、分选计量等功能的机电一体化生产线。其中动态计量秤，通过二级现场总线，会同plc，hmi/ipc无缝地组成三位一体的闭环动态配料系统，其中工控机经hub及以太网连入工厂erp/mis。整个配料过程严格按照所选择的配方比和流程进行，并有多级报警记录，完成不同原料混匀给料及物流控制，实现了管控一体化，优化了过程控制的性能和效率。它将是一种目前基于fcs配料计量监控系统的先进解决方案，符合开方性的计量自动化发展趋势。

　　本系统工艺流程如图1所示。

3 系统配置

　　本系统下位机采用了三菱电机的melsec-a2sh系列plc为主控器，并配以got-f940触摸屏为下位人机介面（hmi），计量控制由12台上海大和衡器（shanghai yamato）的cfw定量给料机（constant feed weigher）组成。它们之间通过cc-link现场总线联网，以实现数据采集与控制，来确保系统的可靠性和实时性。上位机部分选择研华ipc610工控机作为监控站，配以microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系统和世界著名的监控软件citectscada 5.30为scada系统的软件平台环境，系统软件具有丰富的流程操作、监控、通讯、报警、管理、趋势、报表记录和冗余等功能，并具有较强的诊断能力。系统的硬件和软件是控制系统的有机体，以上配置确保了系统完整性、一致性、兼容性和成套性，适应在工业环境下能长期稳定运行，并具有电、磁、震抗干扰的能力，保证了整个系统的安全运行要求。

　　系统具有如下功能特点：

　　·监控生产现场的实时数据及工艺流程;

　　·浏览各实时/历史趋势画面;

　　·处理反映各种过程报警和历史报警;

　　·浏览查询/打印实时/历史生产报表;

　　·修改管理生产过程参数和状态;

　　·为企业决策者提供工厂底层实时数据;

　　本配料系统结构与网络配置如图2所示。

3.1 下位机结构及组成

　　在本工程中所采用的12台cfw主要是来完成原料流量控制，其核心为cfc-200仪表，它集调节与演算为一体的多功能计量控制器，其中cpu为摩托罗拉68k系列，它集大和衡器出众的仪表设计技术，具备足够的抗干扰性能、多样化接口、自诊断功能、自整定pi调节功能等特长，并配以上海大和c3级电阻应变式荷重传感器（loadcell）、安川电机的电流矢量型变频器616g5和德国sew高性能变频电机，组成一个完整的机电一体化产品，确保了计量和控制的准确性，其系统精度达到±0.2%。

　　下位机选用三菱melsec-a plc共2台组成双机冗余结构，它具有先进、高速、可靠、大容量的特点，其中plc1为主控，plc2为后备冗余，当发生故障时，便可实行主备plc间的无扰切换，也可作为将来工程扩充用。由于12台cfw分布较分散，故选择cc-link总线与plc相连。下位hmi为got940 lcd触摸屏，以确保工艺数据正确和及时在上位pc监控站和触摸屏上得到双重响应和显示，即使上位发生故障或失效，也不影响整个流程控制。触摸屏的监控画面虽没上位hmi丰富，但也基本覆盖整个系统的监控和操作。

　　3.2 cc-link概况

　　cc-link是三菱电机公司以高性能、低成本、多厂商支持为目标于1996年推出的第二代开放式现场总线，是control communication link（控制与通信链路）的简称，2000年11月，cc-link协会成立，专门负责cc-link在全球的普及和发展。

　　开放式现场总线cc-link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出的优势。cc-link采用双绞线为连接介质的主从结构，最多支持64个从站，采用广播论询方式，最高可达到10mbps速度。plc或计算机作为cc-link主站，配以aj65sbt-rpt中继器最远距离可达13.2km。网络总线最大的循环数据容量为2048个点，512个字;最大瞬时传送数据量为960字节。cc-link具有预约站功能、自动刷新功能、即插即用功能和主站热备、子站脱离、站上线回复、监控测试等完备的ras机能。cc-link在使用上，硬件开关设置、接线（3芯屏蔽线）和系统组态（参数设定即可）都非常方便和简单。

目前cc-link支持