1 引言

    某家大型的跨國公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為生產(chǎn)和經(jīng)銷(xiāo)電子元器件,其中又以生產(chǎn)二極管,半導體可控硅為主。該公司在中國有一家的大型獨資企業(yè),以生產(chǎn)汽車(chē),計算機等產(chǎn)品所需二極管為主。二極管是比較簡(jiǎn)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(jiǎn)單,并且在生產(chǎn)過(guò)程中對環(huán)境條件的要求十分嚴格,比如環(huán)境溫度.空氣濕度等。一旦這些條件不能滿(mǎn)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,因此不合格產(chǎn)品就會(huì )導致其它產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題,所謂"千里之提,毀與蟻穴"就是這個(gè)道理。

    為了確保產(chǎn)品質(zhì)量,從而進(jìn)一步增強產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力,該公司委托我們?yōu)槠湓O計并實(shí)施一套廠(chǎng)務(wù)監控系統,將全廠(chǎng)的生產(chǎn)輔助設備的工作狀態(tài)以及生產(chǎn)環(huán)境等參數集中監視起來(lái),使設備管理人員能夠及時(shí)了解設備狀況及生產(chǎn)情況,從而能夠及時(shí)調整生產(chǎn)環(huán)境,排除設備隱患,使產(chǎn)品質(zhì)量充分得到保證。

2 信號組成

    廠(chǎng)務(wù)系統主要包括生產(chǎn)輔助設備及輔助條件,這里不包括元器件的生產(chǎn)設備。該廠(chǎng)半導體的生產(chǎn)主要需要以下一些輔助設備及條件:

    a.工廠(chǎng)配電設備.
    b.負責在冬天保持環(huán)境溫度的鍋爐供水系統.
    c.負責在夏天平抑環(huán)境溫度的空調系統.
    d.冷卻水及冰水系統. 
    e.為保持空氣溫度及相對濕度而建立的新風(fēng)系統.
    f.生產(chǎn)設備所需的壓縮空氣
    g.生產(chǎn)設備所需的高壓水
    h.消防系統

    以上系統所需采集的信號大致可分為以下幾種:

    a.壓力信號
    b.流量信號
    c.液位信號
    d.溫度信號
    e.濕度信號
    f.露點(diǎn)信號
    g.電壓,電流信號
    h.功率,功率因數,電量信號

3 技術(shù)構思

    根據用戶(hù)要求及現場(chǎng)情況,我們決定采用西門(mén)子公司S7-400型PLC承擔信號采集工作,又根據現場(chǎng)將要采集的信號位置分散的特點(diǎn),采用了西門(mén)子公司Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)中的遠程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場(chǎng)接線(xiàn)工作,并且因為走線(xiàn)距離短,可以減少信號衰減和各種干擾對信號的影響。

    作為監控系統的核心的人機交互系統,我們采用西門(mén)子工業(yè)控制計算機和工業(yè)顯示器作為人機交流的物理介質(zhì),計算機上除運行Windows NT操作系統外還運行西門(mén)子公司W(wǎng)indows Control Center組態(tài)軟件作為人機界面,通過(guò)計算機屏幕將組態(tài)的信息以文本,畫(huà)面,報警等多種形式呈現給管理人員。為了對生產(chǎn)及設備進(jìn)行更好的管理,擬運用WinCC的數據歸檔功能將所有監控的信號做為期一年的存檔,這樣,用戶(hù)可以隨時(shí)查閱過(guò)去一年與生產(chǎn)有關(guān)的參數的值及其變化曲線(xiàn)。

4 網(wǎng)絡(luò )結構及網(wǎng)絡(luò )特性

    監控系統的主干網(wǎng)絡(luò )采用Profibus網(wǎng)絡(luò ), Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )共有三種協(xié)議方式,分別為FMS,DP和PA。我們本次應用的為DP方式。DP網(wǎng)絡(luò )結構為主從結構,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 )傳輸速率達到12Mbit/S 時(shí)其傳輸距離最長(cháng)為100米。

    本監控系統的Profibus DP主站為S7-400PLC,從站是分布于全廠(chǎng)的8個(gè)ET200M子站,它們之間通過(guò)標準的屏蔽雙絞線(xiàn)連接,其中由于第5與第6和第7號站之間的距離比較遠,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)中繼器以確保設計傳輸速率1.5M。作為監控系統的主要組成部分的工控機,它在物理上也掛接到DP現場(chǎng)總線(xiàn)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。

    在所監控的設備中包含有ATLAS公司的空壓機和施耐德公司的中壓控制器,此兩種設備中預裝有施耐德公司的MODBUS通訊模板,為在實(shí)現功能的前提下盡量減少用戶(hù)的負擔,我們采用西門(mén)子公司的CP341通訊模板直接與此兩種設備通過(guò)MODBUS協(xié)議進(jìn)行通訊,MODBUS網(wǎng)絡(luò )結構與Profibus DP網(wǎng)絡(luò )結構類(lèi)似也為主從結構,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。當然如果能在兩種設備中增加Profibus DP通訊模板將會(huì )使網(wǎng)絡(luò )結構更加合理,.工程實(shí)施更加方便,但考慮到合理利用現有資源,我們還是采用了前一種方案。

整個(gè)監控系統的網(wǎng)絡(luò )結構見(jiàn)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(guò)STEP7編程軟件對S7-400 CPU414-2DP進(jìn)行配置包括通訊速率,子站數量及站地址等。當軟件配置完成后,各接入的監控信號在CPU中的對應地址將會(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(kāi)關(guān)設置成與軟件設置相同。MODBUS的軟件設置較復雜,除了要設置通訊地址及通訊速率外,因為是用CP341做主站,因此還要對CP341做特殊的設置,包括對CP341進(jìn)行驅動(dòng)程序下載(LOAD DRIVER)。此監控系統中的MODBUS網(wǎng)絡(luò )在物理介質(zhì)上也采用了屏蔽雙絞線(xiàn),在總線(xiàn)的末端接入120歐姆做為終端電阻。

6 監控功能簡(jiǎn)介

    本監控系統將監控內容按照所接入的Profibus分站分為八個(gè)部分。每個(gè)分站均含有一幅或幾幅畫(huà)面用來(lái)顯示要監視的信號,這些信號有些把實(shí)際數值直接顯示在屏幕上,有些則是通過(guò)動(dòng)態(tài)棒圖或其它的形式來(lái)展示。每幅畫(huà)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(jiǎn)化。

    系統提供了全部被監視信號在最近半年或一年的過(guò)程值的連續記錄,并可以通過(guò)連續曲線(xiàn)圖表現于歷史查詢(xún)畫(huà)面中,每個(gè)畫(huà)面中均有一個(gè)或幾個(gè)曲線(xiàn)圖窗口,窗口包括過(guò)程值的數值坐標,時(shí)間坐標,在當前時(shí)間坐標內的變化曲線(xiàn), 并有趨勢圖設置菜單條，包括模板調整、時(shí)間范圍設定、局部放大等功能。

    本監控系統為用戶(hù)提供了及時(shí)與詳盡的故障報警,報警共分為三個(gè)等級,按照故障的主次程度排列,與生產(chǎn)關(guān)系最緊密的設備故障或最重要的過(guò)程值超過(guò)設定值被列為一級報警。二級、三級報警依次類(lèi)推。對于一級報警，系統除在報警畫(huà)面中作出相應提示外，還以警鈴與警燈提醒用戶(hù)報警的嚴重性。如果發(fā)生第二級報警，系統除在報警畫(huà)面中作出相應提示外，還以警燈提醒用戶(hù)這是次一級的報警。對于第三級報警，系統只在報警畫(huà)面中作出相應提示。

    在除報警畫(huà)面以外的所有畫(huà)面中的底部均有一個(gè)報警條，隨時(shí)刷新出現的報警,報警條中包含報警級別,報警時(shí)間,報警設備等信息。監控人員在發(fā)現有報警出現后即可對報警設備作出及時(shí)的處理。

    報警條的顯示有三種型式:

    1.報警出現: 此時(shí)報警條的顏色為紅色.
    2.報警消失: 此時(shí)報警條的顏色為綠色.
    3.報警確認: 此時(shí)報警條的顏色為黃色.

    系統提供方便的打印功能,能夠將監控值的瞬時(shí)值按照順序打印出來(lái),也可將某一過(guò)程值在某一時(shí)間段內的變化曲線(xiàn)打印出來(lái)。

7 應用狀況

    上面介紹的監控系統從2000年1月至今一直正常運行于上面提到的半導體二極管生產(chǎn)廠(chǎng), 信號采集可靠,網(wǎng)絡(luò )傳輸穩定,人機界面清晰明確,為設備管理人員把握設備狀況,及時(shí)發(fā)現設備隱患及總結設備管理經(jīng)驗提供了極大的幫助。在此監控系統投入使用以前,該廠(chǎng)的設備管理人員必須不停的奔走于各個(gè)設備之間,記錄設備的各種運行參數,既浪費人力又浪費時(shí)間?，F在設備管理人員只需要對設備進(jìn)行循檢,既定期對設備進(jìn)行檢查,記錄參數并與監控系統的指示進(jìn)行比較。

8 結語(yǔ)

    本文介紹的廠(chǎng)務(wù)監控系統不僅適合與這樣的電子生產(chǎn)廠(chǎng),也適于其它設備分散,又需要對設備及生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行長(cháng)期監控的場(chǎng)合。本文所述的廠(chǎng)務(wù)監控系統因是在已完全建成并正常生產(chǎn)的工廠(chǎng)建立,因此缺少控制功能,如果在建廠(chǎng)初期就設計監控系統,則既可以實(shí)現集中監視功能又可以集中控制功能,這樣將使監控系統發(fā)揮更大的優(yōu)勢。