三維力控ForceControl工控組態(tài)軟件是一個基于Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、處理和控制軟件包。利用該組態(tài)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，即可構(gòu)成所需的軟件功能，它正以其便捷的軟件開發(fā)性能、易維護(hù)性和較低的開發(fā)費(fèi)用成為國內(nèi)計算機(jī)控制系統(tǒng)的主流軟件。
組態(tài)軟件功能分析
1．DRAW
豐富的畫面顯示組態(tài)功能組態(tài)軟件提供給用戶豐富強(qiáng)大的繪圖編輯、動畫連接和腳本工具。DRAW是集成的開發(fā)環(huán)境，它使用面向?qū)ο蟮膱D形對象創(chuàng)建動畫式顯示窗口，同時它還為開發(fā)者提供了大量常用的工業(yè)設(shè)備圖符、儀表圖符、趨勢圖、歷史曲線、報警對象等功能，它使用面向?qū)ο蟮膱D形對象創(chuàng)建動畫式顯示窗口。這些窗口的數(shù)據(jù)、圖形顯示可以來自過程I／O或Microsoft Windows第三方應(yīng)用程序。
2．VIEW
VIEW用來運(yùn)行由DRA W 創(chuàng)建的圖形窗口，支持的畫面數(shù)量不受限制，數(shù)據(jù)刷新速度快于5 ms。軟件提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模型庫和控制功能庫，滿足用戶所需的測控要求，能夠?qū)y控信息進(jìn)行記錄存儲、顯示計算、分析、打印，界面操作靈活方便，為保證數(shù)據(jù)安全性，還設(shè)有口令保護(hù)功能。
3．DB
DB是整個系統(tǒng)的核心、構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)整個力控應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警信息處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請示處理。DB與DRA W構(gòu)成服務(wù)器，客戶機(jī)模式，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的DB通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)程序可以構(gòu)建成復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)。單機(jī)數(shù)據(jù)處理能力超過1萬點(diǎn)，歷史數(shù)據(jù)可以保存l0年以上，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力超過5萬點(diǎn)。
4．I／0 Server
I／O Server完成與各種檢測、控制設(shè)備的通信，負(fù)責(zé)從過程I／O設(shè)備讀取實(shí)時數(shù)據(jù)，同時將來自圖形界面和實(shí)時數(shù)據(jù)庫的控制命令寫入I／O設(shè)備。DB與I／O Server構(gòu)成服務(wù)器／客戶計算模式。I／O Server由很多單體程序構(gòu)成，每個單體程序能夠完成特定設(shè)備的通信功能，支持大多數(shù)主流控制設(shè)備生產(chǎn)商所提供的硬件。
5．NetClient和NetServer
在NetClient和NetServer內(nèi)部采用的TCP／IP通信協(xié)議，它保證用戶可以充分利用Intranet或Internet的網(wǎng)絡(luò)資源，保證數(shù)據(jù)刷新速度快于5 ms，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力超過5萬點(diǎn)。
Force Control的應(yīng)用
依據(jù)上述對組態(tài)軟件的功能分析，結(jié)合鉆桿摩擦焊生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇了三維力控組態(tài)軟件作為此工控系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件。基于以上考慮其數(shù)據(jù)采集和控制器件采用日本OMRON CQMIH系列PLC、字光溫控儀、美國RETEC測溫儀和日本TOSHIBA變頻器；網(wǎng)絡(luò)連接采用RS485
總線傳輸，連接距離1．5 km，通信速率9 600 bits；計算機(jī)采用研華工控機(jī)1GHz、256MB內(nèi)存、30GB硬盤、20in飛利浦大屏幕顯示器；通信適配器采用RS232C S484 RS422信號轉(zhuǎn)換適配器。
本生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)為單機(jī)集中式控制系統(tǒng)，今后還可以通過電話撥號網(wǎng)絡(luò)或Intranet把工控機(jī)連接到各管理部門工作站上，以實(shí)現(xiàn)集中式管理。在設(shè)計時考慮到如果工控機(jī)出現(xiàn)故障不能工作，操作員可以在生產(chǎn)線現(xiàn)場對每一條生產(chǎn)線進(jìn)行控制，回到傳統(tǒng)的手動控制方式。整個工控系統(tǒng)硬件控制模式如下圖。
圖1 工程系統(tǒng)硬件控制模式
1．摩擦焊生產(chǎn)線概況與監(jiān)控要求
(1) 生產(chǎn)概況
摩擦焊生產(chǎn)共有3條，即退火、淬火和回火線。控制系統(tǒng)基本的分布情況是：退火定位信號2點(diǎn)、上料信號l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號l點(diǎn)；淬火定位信號4點(diǎn)、上料信號l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號l點(diǎn)；回火定位信號2點(diǎn)、上料信號l點(diǎn)、中頻感應(yīng)圈溫度信號l點(diǎn)。
(2) 監(jiān)控要求
① 信號采集：包括對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號的采集和對中頻感應(yīng)圈溫度信號等非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信號的采集。
② 監(jiān)控操作：包括操作控制、參數(shù)設(shè)定等。
③ 動態(tài)顯示：包括動態(tài)流程圖顯示、報警顯示、實(shí)時溫度曲線顯示等。
④ 操作畫面：通過畫面操作可查詢與管理生產(chǎn)系統(tǒng)，如打印實(shí)時報表和歷史報表，并可任意設(shè)定打印的歷史報表的時刻。
⑤ 系統(tǒng)具備可擴(kuò)展性。
2．軟件設(shè)計
根據(jù)生產(chǎn)線的實(shí)際情況和監(jiān)控要求，此工控系統(tǒng)共組態(tài)DI(數(shù)字量輸入)36路；DO(數(shù)字量輸出)32路；AI(模擬量輸入)16路；AO(模擬量輸出)3路。應(yīng)用系統(tǒng)主要開發(fā)了24個顯示畫面，畫面內(nèi)容豐富，包括了如模擬表盤、數(shù)字表、趨勢圖、總貌圖、歷史曲線、實(shí)時溫度曲線、歷史報警、生產(chǎn)流程圖等1O多種顯示組件。在系統(tǒng)中采用了兩種方法來處理輸入／輸出量的控帶Ij一是不需要控制，數(shù)據(jù)從現(xiàn)場采集到工控機(jī)后，可以直接在顯示器顯示；二是需要進(jìn)行判斷、計算的各種參數(shù)和變量，需要經(jīng)過相應(yīng)模塊的計算、判斷、編程，然后再進(jìn)行顯示、輸出和控制。
(1) 數(shù)字量信號
現(xiàn)場
電磁閥及報警信號的檢測采用CQM1H系列PLC完成，力控I／O驅(qū)動程序負(fù)責(zé)完成PLC數(shù)據(jù)的讀／寫操作。
(2) 模擬量信號
中頻感應(yīng)圈溫度信號由美國RETEC測溫儀采集后送往宇光溫控儀，溫控儀將信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號再采用RS485與上位機(jī)中的力控軟件通信，由其處理采集到的信號，將其測量值與上限報警值相比較，據(jù)此產(chǎn)生超溫報警信號，并在顯示器上顯示。
(3) 智能通信傳送
由于一臺上位機(jī)同時監(jiān)控三條生產(chǎn)線，所以必須對各條生產(chǎn)線的PLC及溫控儀等控制設(shè)備加以區(qū)分。本系統(tǒng)中將不同的PLC及溫控儀賦以不同的站點(diǎn)號來加以區(qū)分。
(4) 顯示畫面
根據(jù)工藝提出的生產(chǎn)要求，力控軟件操作畫面的設(shè)計采用主菜單的形式。并且在每幅畫面中分別有按鈕進(jìn)行切換，畫面包括主菜單、動態(tài)流程圖及溫控曲線畫面、報表畫面、報警畫面、歷史數(shù)據(jù)查詢畫面等。
在流程圖畫面中(見圖2)，根據(jù)流程圖當(dāng)前批示顏色和閃爍狀態(tài)可以確定現(xiàn)場各條生產(chǎn)線此時所處的工作狀態(tài)。例如，退火流程圖監(jiān)控下的圓形回退指示塊此時顯示為紅色且不斷閃爍，說明淬火生產(chǎn)線上的鉆桿正處于回退操作中。
圖2 流程畫面
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常報警時，實(shí)時報警畫面自動彈出，并且在畫面右上方的
報警指示燈在不斷閃爍，同時上位機(jī)發(fā)出報警鈴聲，以警告操作者。根據(jù)報警顯示畫面中給出的異常位號和注釋，可以判斷出是哪部分出現(xiàn)了異常和異常情況的類型。
通過點(diǎn)擊歷史報警按鈕，還可以查詢過去曾經(jīng)發(fā)生過的所有報警情況。
(5) DDE動態(tài)數(shù)據(jù)鏈接(客戶程序和服務(wù)器程序之間的動態(tài)數(shù)據(jù)通信方式)
服務(wù)器方檢測數(shù)據(jù)變化，當(dāng)數(shù)據(jù)一旦發(fā)生變化則服務(wù)器方自動將變化過的數(shù)據(jù)發(fā)向客戶方面而不需客戶方的請求。在組態(tài)應(yīng)用程序時需要給出DDE的定義，包括服務(wù)(Service)和主題(Topic)。服務(wù)就是服務(wù)器程序的名字，本程序中為Excel；主題就是服務(wù)器程序提供服務(wù)名，即Excel的各個工作表。
3．系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行情況
應(yīng)用腳本程序編制時，一定要考慮通信速度。如果不停地循環(huán)向控制器（PLC）下置數(shù)據(jù)，會影響數(shù)據(jù)采集速度。因此，向PLC發(fā)送控制命令的程序動作應(yīng)盡量放在數(shù)據(jù)改變腳本中執(zhí)行。
根據(jù)不同的設(shè)備可以反復(fù)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)的配置，使之達(dá)到最佳工作狀態(tài)，因為不同設(shè)備對采集速率有不同要求。重要的控制功能由穩(wěn)定可靠的PLC去完成，這樣當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時就不會影響現(xiàn)場控制，做到危險分散、集中控制。
經(jīng)過近2年的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明：大慶管修廠摩擦焊車間自從鉆桿摩擦焊生產(chǎn)線微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用以后，大大地提高了勞動效率、產(chǎn)品合格率，而且降低了工作強(qiáng)度，簡化了操作和維修，降低了生產(chǎn)費(fèi)用，車間經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著的提高。(e
