1 引言

某家大型的跨國公司主營業(yè)務(wù)為生產(chǎn)和經(jīng)銷電子元器件,其中又以生產(chǎn)二極管,半導(dǎo)體可控硅為主。該公司在中國有一家的大型獨(dú)資企業(yè),以生產(chǎn)汽車,計(jì)算機(jī)等產(chǎn)品所需二極管為主。二極管是比較簡單的電子器件,單只的體積小,價(jià)格低廉,但其生產(chǎn)工藝確并不簡單,并且在生產(chǎn)過程中對環(huán)境條件的要求十分嚴(yán)格,比如環(huán)境溫度.空氣濕度等。一旦這些條件不能滿足,就會(huì)生產(chǎn)出的不合格產(chǎn)品,又由于此種產(chǎn)品的特性決定了它不可能全部精確檢驗(yàn),因此不合格產(chǎn)品就會(huì)導(dǎo)致其它產(chǎn)品的質(zhì)量問題,所謂“千里之地，潰于蟻穴”就是這個(gè)道理。

為了確保產(chǎn)品質(zhì)量,從而進(jìn)一步增強(qiáng)產(chǎn)品市場競爭力,該公司委托我們?yōu)槠湓O(shè)計(jì)并實(shí)施一套廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng),將全廠的生產(chǎn)輔助設(shè)備的工作狀態(tài)以及生產(chǎn)環(huán)境等參數(shù)集中監(jiān)視起來,使設(shè)備管理人員能夠及時(shí)了解設(shè)備狀況及生產(chǎn)情況,從而能夠及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)環(huán)境,排除設(shè)備隱患,使產(chǎn)品質(zhì)量充分得到保證。

2 信號組成

廠務(wù)系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)輔助設(shè)備及輔助條件,這里不包括元器件的生產(chǎn)設(shè)備。該廠半導(dǎo)體的生產(chǎn)主要需要以下一些輔助設(shè)備及條件:

工廠配電設(shè)備.
負(fù)責(zé)在冬天保持環(huán)境溫度的鍋爐供水系統(tǒng).
負(fù)責(zé)在夏天平抑環(huán)境溫度的空調(diào)系統(tǒng).
冷卻水及冰水系統(tǒng).
為保持空氣溫度及相對濕度而建立的新風(fēng)系統(tǒng).
生產(chǎn)設(shè)備所需的壓縮空氣
生產(chǎn)設(shè)備所需的高壓水
消防系統(tǒng)
以上系統(tǒng)所需采集的信號大致可分為以下幾種:

壓力信號
流量信號
液位信號
溫度信號
濕度信號
露點(diǎn)信號
電壓,電流信號
功率,功率因數(shù),電量信號

3 技術(shù)構(gòu)思

根據(jù)用戶要求及現(xiàn)場情況,我們決定采用西門子公司S7-400型PLC承擔(dān)信號采集工作,又根據(jù)現(xiàn)場將要采集的信號位置分散的特點(diǎn),采用了西門子公司Profibus現(xiàn)場總線中的遠(yuǎn)程I/O即DP技術(shù)。各傳感器信號就近接入Profibus子站,這樣可以最大限度的減少現(xiàn)場接線工作,并且因?yàn)樽呔€距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心的人機(jī)交互系統(tǒng),我們采用西門子工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和工業(yè)顯示器作為人機(jī)交流的物理介質(zhì),計(jì)算機(jī)上除運(yùn)行Windows NT操作系統(tǒng)外還運(yùn)行西門子公司W(wǎng)indows Control Center組態(tài)軟件作為人機(jī)界面,通過計(jì)算機(jī)屏幕將組態(tài)的信息以文本,畫面,報(bào)警等多種形式呈現(xiàn)給管理人員。為了對生產(chǎn)及設(shè)備進(jìn)行更好的管理,擬運(yùn)用WinCC的數(shù)據(jù)歸檔功能將所有監(jiān)控的信號做為期一年的存檔,這樣,用戶可以隨時(shí)查閱過去一年與生產(chǎn)有關(guān)的參數(shù)的值及其變化曲線。

4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)特性

監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)采用Profibus網(wǎng)絡(luò), Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應(yīng)用的為DP方式。DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為主從結(jié)構(gòu),一條DP網(wǎng)可包含一個(gè)主站和最多126個(gè)從站, 網(wǎng)絡(luò)傳輸距離在不使用中繼器的情況下可達(dá)到1000米,傳輸速率從9.6Kbit/S一直到12Mbit/S可選。網(wǎng)絡(luò)傳輸速率達(dá)到12Mbit/S 時(shí)其傳輸距離最長為100米。

本監(jiān)控系統(tǒng)的Profibus DP主站為S7-400PLC,從站是分布于全廠的8個(gè)ET200M子站,它們之間通過標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽雙絞線連接,其中由于第5與第6和第7號站之間的距離比較遠(yuǎn),為保證通訊速率及可靠性,我們在這三個(gè)子站之間增加了兩個(gè)中繼器以確保設(shè)計(jì)傳輸速率1.5M。作為監(jiān)控系統(tǒng)的主要組成部分的工控機(jī),它在物理上也掛接到DP現(xiàn)場總線上,但它與作為網(wǎng)絡(luò)主站的PLC之間的通訊不再是DP協(xié)議,而是S7協(xié)議。

在所監(jiān)控的設(shè)備中包含有ATLAS公司的空壓機(jī)和施耐德公司的中壓控制器,此兩種設(shè)備中預(yù)裝有施耐德公司的MODBUS通訊模板,為在實(shí)現(xiàn)功能的前提下盡量減少用戶的負(fù)擔(dān),我們采用西門子公司的CP341通訊模板直接與此兩種設(shè)備通過MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊,MODBUS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與Profibus DP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似也為主從結(jié)構(gòu),一個(gè)主站可以連接32個(gè)從站,通訊速率為9.6Kbit/S到38.4Kbit/S可選。當(dāng)然如果能在兩種設(shè)備中增加Profibus DP通訊模板將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加合理,.工程實(shí)施更加方便,但考慮到合理利用現(xiàn)有資源,我們還是采用了前一種方案。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見下圖:



5 通訊網(wǎng)絡(luò)配置

網(wǎng)絡(luò)配置分為軟件配置和硬件配置兩部分,軟件部分通過STEP7編程軟件對S7-400 CPU414-2DP進(jìn)行配置包括通訊速率,子站數(shù)量及站地址等。當(dāng)軟件配置完成后,各接入的監(jiān)控信號在CPU中的對應(yīng)地址將會(huì)自動(dòng)生成。硬件配置主要是將各ET200M子站的接口模塊IM153上的地址撥碼開關(guān)設(shè)置成與軟件設(shè)置相同。MODBUS的軟件設(shè)置較復(fù)雜,除了要設(shè)置通訊地址及通訊速率外,因?yàn)槭怯肅P341做主站,因此還要對CP341做特殊的設(shè)置,包括對CP341進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序下載(LOAD DRIVER)。此監(jiān)控系統(tǒng)中的MODBUS網(wǎng)絡(luò)在物理介質(zhì)上也采用了屏蔽雙絞線,在總線的末端接入120歐姆做為終端電阻。

6 監(jiān)控功能簡介

本監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)控內(nèi)容按照所接入的Profibus分站分為八個(gè)部分。每個(gè)分站均含有一幅或幾幅畫面用來顯示要監(jiān)視的信號,這些信號有些把實(shí)際數(shù)值直接顯示在屏幕上,有些則是通過動(dòng)態(tài)棒圖或其它的形式來展示。每幅畫面中均包含進(jìn)入其它分站的按鈕,點(diǎn)擊這些按鈕就可直接進(jìn)入其它分分站。這使瀏覽路徑盡量簡化。

系統(tǒng)提供了全部被監(jiān)視信號在最近半年或一年的過程值的連續(xù)記錄,并可以通過連續(xù)曲線圖表現(xiàn)于歷史查詢畫面中,每個(gè)畫面中均有一個(gè)或幾個(gè)曲線圖窗口,窗口包括過程值的數(shù)值坐標(biāo),時(shí)間坐標(biāo),在當(dāng)前時(shí)間坐標(biāo)內(nèi)的變化曲線, 并有趨勢圖設(shè)置菜單條，包括模板調(diào)整、時(shí)間范圍設(shè)定、局部放大等功能。

本監(jiān)控系統(tǒng)為用戶提供了及時(shí)與詳盡的故障報(bào)警,報(bào)警共分為三個(gè)等級,按照故障的主次程度排列,與生產(chǎn)關(guān)系最緊密的設(shè)備故障或最重要的過程值超過設(shè)定值被列為一級報(bào)警。二級、三級報(bào)警依次類推。對于一級報(bào)警，系統(tǒng)除在報(bào)警畫面中作出相應(yīng)提示外，還以警鈴與警燈提醒用戶報(bào)警的嚴(yán)重性。如果發(fā)生第二級報(bào)警，系統(tǒng)除在報(bào)警畫面中作出相應(yīng)提示外，還以警燈提醒用戶這是次一級的報(bào)警。對于第三級報(bào)警，系統(tǒng)只在報(bào)警畫面中作出相應(yīng)提示。

在除報(bào)警畫面以外的所有畫面中的底部均有一個(gè)報(bào)警條，隨時(shí)刷新出現(xiàn)的報(bào)警,報(bào)警條中包含報(bào)警級別,報(bào)警時(shí)間,報(bào)警設(shè)備等信息。監(jiān)控人員在發(fā)現(xiàn)有報(bào)警出現(xiàn)后即可對報(bào)警設(shè)備作出及時(shí)的處理。

報(bào)警條的顯示有三種型式:

報(bào)警出現(xiàn): 此時(shí)報(bào)警條的顏色為紅色.
報(bào)警消失: 此時(shí)報(bào)警條的顏色為綠色.
報(bào)警確認(rèn): 此時(shí)報(bào)警條的顏色為黃色.

系統(tǒng)提供方便的打印功能,能夠?qū)⒈O(jiān)控值的瞬時(shí)值按照順序打印出來,也可將某一過程值在某一時(shí)間段內(nèi)的變化曲線打印出來。

7 應(yīng)用狀況

上面介紹的監(jiān)控系統(tǒng)從2000年1月至今一直正常運(yùn)行于上面提到的半導(dǎo)體二極管生產(chǎn)廠, 信號采集可靠,網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定,人機(jī)界面清晰明確,為設(shè)備管理人員把握設(shè)備狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患及總結(jié)設(shè)備管理經(jīng)驗(yàn)提供了極大的幫助。在此監(jiān)控系統(tǒng)投入使用以前,該廠的設(shè)備管理人員必須不停的奔走于各個(gè)設(shè)備之間,記錄設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù),既浪費(fèi)人力又浪費(fèi)時(shí)間。現(xiàn)在設(shè)備管理人員只需要對設(shè)備進(jìn)行循檢,既定期對設(shè)備進(jìn)行檢查,記錄參數(shù)并與監(jiān)控系統(tǒng)的指示進(jìn)行比較。

8 結(jié)語

本文介紹的廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)不僅適合與這樣的電子生產(chǎn)廠,也適于其它設(shè)備分散,又需要對設(shè)備及生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行長期監(jiān)控的場合。本文所述的廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)因是在已完全建成并正常生產(chǎn)的工廠建立,因此缺少控制功能,如果在建廠初期就設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng),則既可以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視功能又可以集中控制功能,這樣將使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮更大的優(yōu)勢。