HMI技術在電鍍作業現場的應用

1 引言
我廠電鍍車間的生產設備，特別是控制設備，基本上是全套引進日本的產品，在國內處于領先地位。但現場顯示作業數據的儀表，則相對來講顯得較落后，除溫度、PH儀表外，其他儀表大多是指針或浮球等指示，讀數不便。另一方面，由于電鍍產品的特殊性，特別是銅板鍍鎳，周期較長，一般需3~7
天，作業過程中需記錄大量數據。而電鍍車間由于人員缺少，一則無法做到連續性記錄數據(通常1~2小時記錄一次)。再則夜間無人值班，造成該時間段數據空白。這些缺陷，給技術人員在分析產品質量的影響因素，如何提升產品質量等帶來了較大困難，特別是一旦出了質量問題，因缺少真實有效的數據而無法進行分析。
另外，夜間無人值班，生產過程中若有異常情況發生，則無法獲知，更談不上及時處理，造成產品質量受影響或報廢。并且由于需要人工抄錄數據，浪費了大量勞動力。
鑒于上述狀況，希望通過計算機對現場作業數據進行自動采集，真實有效地反映作業過程，同時提升我廠電鍍設備能力的市場形象。
2 設計目標
系統應實現如下功能:
(1) 自動無間斷地進行現場作業數據的采集;
(2) 數據的圖表顯示及友好的
人機界面;
(3) 報警系統，具備報警的歷史記錄、無線報警等功能;
(4) 生產作業及其數據的計算機無紙化管理;
(5) 各種作業數據的圖表打印;
(6) 遠程監視功能。
3 系統實現
系統分設備層與計算機層。設備層由PLC及現場儀表等組成，所有的模擬量信號通過轉換器轉換為4~20mA電流后傳送。PLC負責對現場作業數據的采集，并與上層計算機進行數據交換(其中一電鍍車間采用Profibus通訊協議，通訊速率3Mbps,二電鍍車間采用MPI通訊協議，通訊速率為187.5kbps)。至于計算機層，采用分布式多客戶機的組態方式。兩個車間分別由兩臺服務器負責與PLC的通訊、數據采集歸檔、報警歸檔等，另幾臺PC機作客戶機用，其共享服務器的數據，但擁有各自的項目文件。
幾臺客戶機分別放置于車間現場、休息室及辦公室，其主要負責畫面的顯示:
(1) 以設備的運轉狀況、管道內鍍液的流向及各種參數的顯示等真實反映作業狀況;
(2) 以原電氣控制箱的儀表、指示燈等的顯示方式、布局進行表達，適應操作者原有的習慣;
(3) 提供模擬量參數的曲線描述，方便用戶的技術分析;
(4) 提供報警歷史查詢。
系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

(1) 模擬量數據PLC程序處理
所有模擬量傳輸為4~20mA電流信號，對應各變送器的量程，需程序處理(雖然Wincc變量設置中有對應比例關系，但小數點后精確度不夠，通過PLC程序處理，還可實現數字濾波)，其中溫度計算程序部分示例如下:
OPN DB2
L PIW448
T MW100
L MW100
DTR
PUSH
L 1.000000e+002
*R
PUSH
L 2.764800e+004
/R
T DB2.DBD0
在模擬量數據的歸檔方面，限制了歸檔的數量，一億條數據記錄，根據32個模擬量每6s一次的采集頻率計算，大約可容納2年的作業數據量，占用20G的存儲空間，在投入運行后，用戶可定期將數據導出。
(2) Wincc部分程序處理
系統附加了作業數據的錄入及管理功能，如:作業令、銅板編號、工藝卡號、作業的起止時間等。為方便操作者正確錄入作業的起始時間與結束時間，系統設計為:整流器電源開，則系統自動顯示并填充作業起始時間輸入框，同時進行電鍍通電量的累計，而當整流器電源關時，系統自動顯示并填充作業結束時間輸入框。電量的累計在全局腳本中作定義并每分鐘觸發運行一次(如1#鍍鎳槽的電量累計，單位KAH，采用C語言編程):
由于需要歸檔的參數較多，歸檔數據的調用使用參數動態查詢，部分程序如下:
static double leiji1;
if (GetTagBit("SW1")==1)
//返回類型:BOOL
{leiji1=leiji1+GetTagDouble("CUR1") /60.0/1000.0;}
else
{leiji1=0;}
//返回類型:double
SetTagDouble("dianliang1",leiji1);
//返回類型:BOOL
return 0;
}
注:“SW1”為電源開關輸入信號變量，“CUR1”為電流信號變量。
在報警處理方面，系統分一般報警與極限報警，一般報警僅在計算機上作顯示性提示而已，而極限報警則通過GSM網絡發送手機短信至有關人員。這里，筆者應用了KONDER公司的OPPLC與GSM傳送站產品，并在PLC程序中設定:當極限報警產生時，由一個上升沿信號觸發報警傳送，并且在報警沒有處理的情況下，每十分鐘發送一次(當有關人員收到信息后，也可將原信息回復終止報警)。部分無線報警PLC梯形圖如圖2。當系統輸入端In0有高電平輸入時，置位MB0(MB0對應OPPLC內定義的手機短信內容，并通知GSM傳送站將該消息發送到有關人員手機，發送后MB0自動復零)，MB10與MB100主要構成循環發送的功能，其中MB10設置為可接受手機短信功能，收到報警原文后該位置1，所以，用戶可在收到手機短信報警后回復以切斷報警的繼續發送。