1引言

　　DCS分散控制系統（又稱集散控制、分布式控制系統），是在單回路微機控制系統基礎上發展起來的，其綜合了計算機技術、通訊技術、CRT顯示技術和過程控制技術，采用分層分級的結構形式和分散控制、集中操作、分級管理、分而自治的設計原則，解決了過去計算機控制危險集中、常規模擬儀表功能單一、過于分散和人機聯系不方便的缺點。DCS的安全可靠性、通用靈活性、優良的控制和綜合管理能力，使其在工業控制領域中得以廣泛應用。

　　瓦楞紙板作為目前使用普遍的包裝材料，廣泛用于電器產品、日常用品等包裝。在現代大規模工業自動化水平相對落后和工業、經濟建設高速發展的我國，橫切機和堆疊機等機組組成連續生產工藝過程。目前國內瓦楞紙板生產化處于相對落后狀態。

　　本監控系統采用以可編程控制器PLC為基礎的集散控制系統，將PLC作為現場采集控制站，利用Ethernet和Profitbus進行數據通信，完成了對廣東肇慶嘉隆瓦楞紙板生產線的工況顯示、生產操作、訂單管理和出貨管理，最終實現了企業管理—控制一體化。

2系統總體結構及通信網絡

　　2．1系統總體結構

　　嘉隆瓦楞紙板生產線監控系統采用如圖1所示的分布式計算機監控系統。它分為3級結構：現場級、控制級和管理級。

　　第一級為現場級。由安裝在現場的3個PLC子站輔與其它測量控制設備（如編碼器、紅外測量儀、變頻器等）進行各種數據采集、生產線的現場控制。為現場采集控制器完成現場信號的輸入輸出，根據給定的工作程序進行數據處理、控制輸出，并且將處理結果送操作站。PLC站采用德國VIPA公司的產品，包括一個CPU站和兩個I／0站，其配備如下：

　　V200CPU站：主要包括CPU 288L、FM250、SM221和SM222等模塊。主要用于粘合機和橫切機各種狀態信號的采集和控制信號的輸出。

　　V200站1：主要包括SM221、SM222、SM232和FM250等模塊；主要用于過膠機和1號瓦楞機狀態信號的采集和控制信號的輸出。

　　V200站2：主要包括SM222、SM232和FM250等模塊；主要用于2、3號瓦楞機狀態信號的采集和控制信號的輸出。

　　第二級為控制級，配備5臺工業PC機。其中包括1臺主操作站，1臺過膠機操作站和3臺瓦楞機操作站。主操作站設置在車間控制室內，其它各操作站設置在生產線的相應部分，完成現場級檢測、控制、保護功能的管理。由一臺HUB將各操作站組成局域網。各操作站功能獨立，又能互為備用。它對第一級現場采集的所有數據進行處理、分析、存儲，完成所有控制指令的收集和發布，以各種方式（如流程圖、趨勢圖等）表達整個生產線的運行狀態。對系統功能的組態、流程圖的制作、保護值整定、控制模型修改等工作也是在這一級的操作站上完成的。

　　第三級為管理級，配備了多臺普通PC機、打印機，以及一臺數據庫服務器。其中PC機作為管理終端設置在相應的管理部門，打印機負責定期打印生產情況報表備檔，數據庫服務器負責接收、存儲從監督控制級送來的各種實時數據、歷史數據。各部門的管理人員可以隨時通過管理終端機觀察生產線的運行狀態和定單執行等情況。管理級同時可接受管理部門管理數據的輸入，完成訂單管理，出貨管理等功能。

　　2．2通信網絡

　　由于在分散控制系統中廣泛采用了多處理機的結構，所以處理機之間的數據通信變得極其重要。

　　現場總線技術作為自動化領域技術發展的熱點之一，被譽為自動化領域的計算機局域網。它適應了工業控制系統向分散化、網絡化、智能化的發展方向。 Profitbus是唯一的全集成H1（過程）和H2（工廠自動化）現場總線解決方案，是一種不依賴于廠家的開發式現場總線標準，它可廣泛應用于制造加工、過程和建筑自動化領域。在該監控系統中，現場級3個PLC站之間利用Profitbus進行數據通信，實現了紙板生產線狀態數據的采集和控制信號的傳遞。

　　Ethernet以太網最初是由Xeroex在20世紀70年代開發的—種連網傳輸方法，后來由Xeroex、數字設備公司（DEC）和 Intel改進。這種靈活的技術可以運行在各種網絡介質上，并在合理的開銷下提供很好的容量。到目前為止，以太網是用于局域網的最流行的邏輯拓撲結構。在該監控系統中，控制級操作站之間和管理級終端機之間采用Ethernet進行數據通信。實現了各操作站間的相互冗余備用以及管理數據的存取。

　　DCS各級之間的通信一直以來是工程技術人員關注的技術熱點之一。該系統采用VIPA公司PC-CPU 288L自帶的Ethernet端口很好的解決了現場級到控制級之間的通信問題。實現了現場實時數據向上輸送和控制級信號的向下傳遞。由于控制級和管理級同時采用Ethernet，因此它們之間直接用集線器（HUB）相連，進行相互通信。

　　該監控系統中，將以太網（Ethernet）與現場總線相結合實現了PLC站之間、操作站之間、管理終端之間以及現場級、控制級、管理級之間的數據通信。

3軟件設計

　　系統軟件采用CONTROL LAB軟件包，其層次結構如圖2。

　　現場級V200 CPU站采用了快速可預測實時內核，其周期性工作的時間穩定性（Jitter-Time）可達2微秒（300MHZ CPU）。 PLC和硬件模塊及現場總線的數據交換均在實時任務中進行，保證了這類數據交換在操作系統中的延時不超過幾個微秒。控制任務作為實時任務執行，其最短工作周期可達0．01毫秒。

　　PLC監控程序采用圖形化組態工具ControlChart編制，該工具是一種基于IEC1131-3流程圖形語言的開發式控制軟件，符合工業標準。工程師在控制級操作站上即可利用現成模塊進行自由組合、在線觀察和調試，極大地縮短了控制系統的調試時間。瓦楞紙板流水線的控制任務主要進行線上各機組運行速度協調。速度調節中粘合機作為主機，過膠機、修邊機、橫切機和堆疊機與主機同步運行。該監控系統速度控制流程圖如圖3所示。

　　ZJL、DJL、DDCL和SJCL分別對應紙漿量（瓦楞機）、堆積量、訂單產量和實際產量，根據以上量的測量數值對粘合機和瓦楞機速度進行相應的調節。

　　在控制級和管理級軟件基于WINDOWS NT平臺，采用易學易用的Visual Basic6．0進行編程，其中采用ActiveX、OPC、 TCP／IP等國際通用技術和標準，用戶可以極方便的與其他軟件系統進行自由通訊和進行功能擴展。控制級操作站檢測畫面主要有總操作圖、瓦楞機監測圖、粘合機檢測圖、過膠機監測圖、修邊機監測圖和橫切機監測圖。管理級終端包括訂單管理畫面和出貨管理畫面等。

4系統功能

　　在軟硬件基礎上實現的瓦楞紙板生產線監控系統功能如圖3所示。監控系統功能分為監控和管理功能。監控主要是工況顯示和生產操作，管理主要是訂單管理和出貨管理。

　　4．1工況顯示

　　在控制級的操作站以及管理級的終端機中顯示現場采集來的生產線狀態數據，主要包括：生產中的紙板品種，尺寸規格；現時各機組生產速度、電機電流；瓦楞機原紙堆積量；粘合機出紙量、各段溫度；現時的實切張數，訂單的總張數，還欠實際張數；成品，不良產品的數量（不良品人工輸入）原紙剩余長度等。顯示方式包括數字、柱狀圖和趨勢圖等。在此基礎上進行速度、電流、溫度、堆積量等過限報警。

　　4．2生產操作

　　4．2生產操作

　　根據現場采集的信號，監控軟件可以自動對生產線進行相應的控制，主要有：

　　（1）正常情況下，以粘合機作為主機進行全線單一速度的控制，其它機組能根據自身的工藝要求適應性的同步加速或同步減速。

　　（2）自動偵測瓦楞機紙板堆積量并能自動調節相應機組的生產速度，當堆積量超過上限時，自動增大粘合機以及其它相關機組的速度。在緊急情況下，可以對生產線進行緊急減速。

　　（3）根據管理人員輸入的產品規格，在訂單執行初期自動調節修邊機、橫切截的刀線，并能夠在生產過程中自動調整。

　　（4）由訂單的總張數和尺寸，自動運算出所需生產的總米數，各主要機臺便能因自身的實際機組距離，生產出相應長度的楞紙。

　　同時監控軟件設置了自動和手動兩種控制方式，工作人員可以在手動方式下根據情況對生產線進行相應的控制。

　　4．3訂單管理

　　訂單管理是在生產操作功能的基礎上實現，其主要功能有：

　　（1）管理人員可以在辦公室終端機輸入當日之訂單，包括接單日期，訂單號，客戶類別，紙質，紙寬，交貨日期等數據。根據紙質，紙寬打印各月份接單統計表。

　　（2）根據訂單所要求的紙質，交貨日期以及生產線狀態，監控程序可以自動執行新訂單。同時工作人員也可以根據情況，手動讓系統執行新訂單。

　　（3）實時記錄訂單的完成情況，根據訂單完成情況，定期打印訂單生產情況報表。

　　同時在數據庫服務器中設置了用戶權限，因此可保證定單數據的安全。

　　4．4出貨管理

　　出貨管理主要將已安排生產的訂單以挑選方式排出作為出貨定單。管理人員輸入出貨單之運費價格、車號、裝車時間、裝貨規格品種、數量等，并列出當日或當日貨運明細表。同時包括退貨單的輸入、更正和刪除等。

5結束語

　　嘉隆瓦楞紙板生產線DCS采用3級結構，采用Ethernet與現場總線相結合的方式進行數據通信，大量采用冗余技術，實踐表明，該系統開放性和容錯能力高，系統重新定義容易，可擴展性和可維護性好。采用以實時內核為基礎的系統軟件，進行系統的功能定義和采集控制算法程序的編寫，系統的穩定性相對較好。