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| 自動灌裝機的集中控制和分散控制設(shè)計 | 2020-01-19 |
| 工業(yè)計算機自動灌裝機的發(fā)展經(jīng)歷了集中控制和分散控制兩個階段。在集中控制模式下，計算機不僅具有過程控制、工況實時顯示、數(shù)據(jù)存儲、報表打印等功能，還完成了對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集。一旦電腦出現(xiàn)故障，自動灌裝機就會癱瘓，影響正常生產(chǎn)。隨著微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，分散控制模式應(yīng)運而生。它由一個主機和幾個通過網(wǎng)絡(luò)連接的從機組成。主計算機不參與對每個對象的直接控制，而是將控制任務(wù)交給每個從計算機。 為了提高灌裝機的可靠性，即在硬件上備份另一臺主機。一旦主機發(fā)生故障，備份主機將立即接管灌裝機的控制權(quán)，保證連續(xù)生產(chǎn)。液體灌裝機設(shè)計的工業(yè)計算機液體灌裝機采用了廣泛應(yīng)用的虛擬技術(shù)。在分散控制的基礎(chǔ)上，給出了其中一臺從機主機（此處稱為虛擬主機）的主控制功能。在不增加硬件成本的前提下，一旦主機發(fā)生故障，虛擬主機將立即接管自動灌裝機的控制權(quán)，控制所有從機協(xié)調(diào)工作，完成配料任務(wù)，充分體現(xiàn)了“軟件即設(shè)備”的設(shè)計理念，具有廣闊的應(yīng)用前景。 液體灌裝機的總體組成及實現(xiàn)方法。 自動灌裝機的總體組成。自動灌裝機采用可編程控制器實現(xiàn)兩種液體的自動混合。自動灌裝機主要考慮不同狀態(tài)下動作的連續(xù)性和相關(guān)性，對不同狀態(tài)進行不同的動作控制輸出，實現(xiàn)AB兩種液體混合的周期性控制（包括單周期）。自動灌裝機的可編程控制器可節(jié)省人力、物力，節(jié)約成本。該方案的合理性、全面性和可靠性，使液體混合安全可靠。 自動灌裝機采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可移植性和可維護性。這對提高企業(yè)生產(chǎn)管理自動化水平有很大幫助。同時，提高了自動灌裝機生產(chǎn)線的效率、使用壽命和質(zhì)量，減少了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的波動。因此，具有廣闊的市場前景。液體混合自動灌裝機是為滿足社會工廠的需要而誕生的。 自動灌裝機的整個設(shè)計過程按工藝流程進行設(shè)計，為設(shè)備的安裝、運行、保護和維護提供服務(wù)。本設(shè)計根據(jù)自動灌裝機編制，主要包括:工作條件；項目向電氣控制電路提供的具體數(shù)據(jù)系統(tǒng)盡可能經(jīng)濟、合理、實用。在保證安全、可靠、穩(wěn)定、快速的前提下，降低了設(shè)備成本。自動灌裝機在選擇方案和零部件時，將更多地考慮新技術(shù)、新產(chǎn)品。從手動控制到自動控制，從模擬控制到微機控制，功能由一到多實現(xiàn)，越來越*。液體混合自動灌裝機的一部分是大型工業(yè)控制系統(tǒng)的改造升級。控制裝置需要根據(jù)企業(yè)技術(shù)和設(shè)備的現(xiàn)狀來建造，并且需要在以前的系統(tǒng)中使用盡可能多的組件。自動灌裝機改造后的操作方式人機交互方式應(yīng)盡量與改造前相似，以便操作人員能迅速掌握。從企業(yè)的改造要求可以看出，在新型自動灌裝機中，需要處理模擬量和大量開關(guān)量。自動灌裝機可靠性高。人機界面友好，應(yīng)具有數(shù)據(jù)存儲、分析和匯總的能力。 自動灌裝機由主從式工控機組成。主從式工控機自動灌裝機通過串行總線（稱為總線I）與各從機（包括虛擬主機）相連，虛擬主機也通過串行總線（稱為主線U）與其它從機相連，形成雙總線結(jié)構(gòu)。上位機通過串行總裁1控制自動灌裝機，虛擬主機在獲得自動自動灌裝機的控制權(quán)后通過串行總線2控制自動灌裝機。 主機的主要功能包括過程控制、實時顯示和狀態(tài)報警、數(shù)據(jù)存儲、報表打印、公式優(yōu)化和管理咨詢。 在主機的管理下，各從機（包括虛擬主機）根據(jù)公式的要求控制自己的對象，完成數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲和顯示、故障診斷和報警、數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)。 在自動灌裝機的設(shè)置過程中，確認預(yù)先給出了從機的虛擬主機。一旦主機出現(xiàn)故障，虛擬主機將接管自動灌裝機的控制棒，控制各從機協(xié)調(diào)完成配料任務(wù)。 自動灌裝機控制權(quán)與圖像處理權(quán)的交換。 為了實現(xiàn)自動灌裝機控制權(quán)在主機和虛擬主機之間的連續(xù)切換，關(guān)鍵問題是解決主機和虛擬主機工作狀態(tài)的相互檢測和判斷。為了解決這一問題，根據(jù)工業(yè)計算機自動灌裝機的工作特點，在下位機軟件設(shè)計中設(shè)置了主狀態(tài)定時器和循環(huán)寄存器。主狀態(tài)定時器由虛擬主命令啟動，并一直工作。只有批處理循環(huán)命令才能清除它。從機根據(jù)循環(huán)寄存器的內(nèi)容和狀態(tài)定時器的值來確定主機的工作狀態(tài)。如果在循環(huán)的整數(shù)倍內(nèi)未收到循環(huán)指令，則確定主故障。虛擬主機接管自動灌裝機的控制，并控制每個從機通過串行總線N:繼續(xù)工作。 主機恢復(fù)正常后，如何恢復(fù)自動灌裝機的控制權(quán)也是一個亟待解決的問題。當主機正常時，它繼續(xù)向每個從機發(fā)送批處理周期命令。虛擬主機接收到命令后，首先向各從機發(fā)送廢品信息，然后移交自動灌裝機的控制。主機恢復(fù)自動灌裝機控制后，一方面控制灌裝機繼續(xù)運行，另一方面補充原始數(shù)據(jù)，實現(xiàn)灌裝機控制權(quán)的連續(xù)切換，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。機器視覺自動充填機是近年來發(fā)展迅速的一種在線充填方法。在獲得多個序列圖像之后，桶子中的液體填充方法分別在奇幀圖像和偶幀圖像中累積每個像素的或最小灰度級，然后用差分算法減去靜態(tài)背景；最后進行閾值分割，判斷是否存在液體雜質(zhì)。但該方法對噪聲敏感，不能區(qū)分氣泡和雜質(zhì)。液體灌裝機研究了一種基于PCNN方法的液體雜質(zhì)填充方法。在該方法中，提出了一種改進的PCNN方法對差分圖像進行分割，通過檢測運動物體的連續(xù)性和平滑性來判斷運動物體是否為液體雜質(zhì)。但這種方法不能直接區(qū)分氣泡和雜質(zhì)，主要是通過機械設(shè)計來減少氣泡的產(chǎn)生。因此，如果產(chǎn)生泡沫，可能會導(dǎo)致錯誤的判斷。 因為有些液體雜質(zhì)在靜止時可能在桶底，在這種情況下很難填充。有必要移動桶子里的液體。雜質(zhì)隨著液體從桶子底部移走，從而更清楚地觀察到雜質(zhì)的存在。同時，液體中的雜質(zhì)和桶子上的痕跡在一幅圖像中具有相同的特征，無法區(qū)分。如果桶子靜止，桶子里的液體移動，就可以得到連續(xù)的圖像序列。通過對序列中多幀圖像的運動分析，識別出桶子上的痕跡和液體中的雜質(zhì)。 為此，采用專門設(shè)計的自動灌裝機來實現(xiàn)上述目的。自動液體雜質(zhì)灌裝機采用機械裝置高速停止旋轉(zhuǎn)輸液桶，然后配合反光鏡和攝像機拍攝連續(xù)的序列圖像，無視角偏差.首先，機械裝置加速輸液桶進入旋轉(zhuǎn)區(qū)域的旋轉(zhuǎn)。當輸液桶即將離開旋轉(zhuǎn)區(qū)域時，加速度停止，輸液桶自由旋轉(zhuǎn)（以減少振蕩產(chǎn)生的氣泡）。當輸液桶“進入急停區(qū)”時，光電探測器將控制機械裝置停止輸液桶，桶內(nèi)液體因慣性而繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。此時，攝像機開始“通過鏡子”拍攝輸液桶的連續(xù)序列鏡，并旋轉(zhuǎn)一定角度，保證攝像機能夠跟蹤和拍攝輸液桶的序列圖像”，如圖1（b）所示（注意，由于需要一定的傳輸時間，輸液桶力-1尚未進入緊急停止區(qū)域）。輸液桶“繼續(xù)向前移動，反射器繼續(xù)相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，直到輸液桶n-1進入緊急停止區(qū)域。此時，反射鏡立即返回圖2（a）所示的位置，并開始跟蹤下一個輸液桶。同時完成了輸液桶連續(xù)序列圖像采集。 化工廠工控機配料生產(chǎn)線由10臺防爆電子秤和1臺液位計組成。每臺計量防爆電子秤按配方要求計量一種物料。物料通過輸送機輸送到配料罐。在配料罐中加入適量的水后，將材料充分混合，形成漿液。然后將漿液送至下一工序使用。液位計測量配料罐的液位高度，當液位高于報警線時產(chǎn)生報警信號，防止泥漿外溢。配料系統(tǒng)采用人機界面，更直觀地了解設(shè)備的工況和參數(shù)值，操作調(diào)試簡單。采用Eb8000v451編寫觸摸屏監(jiān)控界面軟件，是一款功能非常*的觸摸屏稱重顯示設(shè)計軟件。根據(jù)監(jiān)控軟件，建立稱重顯示設(shè)備操作面板，配置操作參數(shù)，實現(xiàn)具體功能。通過觸摸屏還可以對被控設(shè)備進行實時控制，如在線設(shè)置配料系統(tǒng)的一些工藝參數(shù)，調(diào)整不同液體物料的延遲時間和配方等，現(xiàn)場顯示被控設(shè)備的運行情況，并用圖形和數(shù)值對狀態(tài)參數(shù)進行實時圖像監(jiān)控，使生產(chǎn)人員能夠快速了解整個配料系統(tǒng)主要設(shè)備的運行情況。 原自動灌裝機控制方式采用上下位機控制方案。上位機安裝在中控室，完成配料過程的輸入、修改、實時顯示、數(shù)據(jù)存儲和報表打印，直接參與控制各計量防爆電子秤的上下料動作。下位機實際上是安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的多通道數(shù)據(jù)采集單元，負責稱重信號和液位信號的數(shù)據(jù)采集和本地顯示。收集的數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)送到上位機進行處理。“液體灌裝機雖然采用上下位機結(jié)構(gòu)，但從控制特點來看，仍屬于集中控制模式。經(jīng)長期運行發(fā)現(xiàn)，只要計量防爆電子秤發(fā)生故障，整個自動灌裝機將處于靜止狀態(tài)，故障排除后，才能恢復(fù)運輸大廳，對生產(chǎn)影響很大。后來，在這套液體灌裝機的技術(shù)改造中，進行了如下改進：。 用分散控制方法代替原來的集中控制方法。 主機不再參與對每臺計量防爆電子秤的直接控制，而是由每臺從機直接控制。 利用虛擬主機技術(shù)提高自動灌裝機的可靠性。 主監(jiān)控界面能直觀顯示整個配料控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)、配料方式、配料漏斗不足報警，底部有頁面切換按鈕。在主監(jiān)控界面按不同的按鈕，進入不同的子界面。 配方界面可用于制備不同的液體材料。 歷史界面記錄材料配方中各種液體材料的方法、日期、時間、序列號和重量。 時間設(shè)置界面設(shè)置系統(tǒng)各工作過程的延遲時間參數(shù)（如送料、灌裝、循環(huán)的延遲時間參數(shù)設(shè)置）。 液體灌裝機符合工業(yè)4.0的新趨勢、國家2025計劃和智能包裝車間的發(fā)展要求。 防爆電子秤由企業(yè)資源計劃系統(tǒng)支持，與自動充液生產(chǎn)線連接，實現(xiàn)從決策、管理到實施的生產(chǎn)信息化全過程。 提供全面準確的生產(chǎn)信息反饋，為生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制提供依據(jù)，便于及時進行數(shù)據(jù)分析；液體灌裝機將灌裝線動作作為一個整體進行調(diào)度和實施，并及時報警突發(fā)事件，提高裝卸計劃的準確性，提高作業(yè)安全性；。 記錄灌裝線的生產(chǎn)能力和運行情況，協(xié)助經(jīng)理改進和提高產(chǎn)品性能和工藝操作；。 液體灌裝機協(xié)調(diào)原材料、生產(chǎn)、運輸?shù)认嚓P(guān)部門，使各部門更加緊密配合，提高生產(chǎn)效率。 輸入灌裝生產(chǎn)線的維修計劃、自檢計劃等數(shù)據(jù)，提醒設(shè)備用戶及時維修。 3.1自動灌裝機配置。 自動灌裝機組成：主機采用標準工控機下位機，也稱稱重控制器。液體灌裝機是以51系列單片機為核心開發(fā)的各稱重控制器控制計量防爆電子秤，直接控制配料過程，完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲顯示、故障檢測報警、數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)。 實際上，液位計也是稱重控制器，只測量配料罐的重量，不參與控制。根據(jù)配料罐的重量、體積、漿液比重等參數(shù)，將料位高度換算后傳送到上位機，上位機根據(jù)配料罐的料位高度控制自動灌裝機的循環(huán)速度，有效防止?jié){液外溢。在自動灌裝機的設(shè)置過程中，將液位計定義為虛擬主機。一旦主機發(fā)生故障，液位計將接管液體灌裝機的控制，并控制液體灌裝機的連續(xù)運行。 主機和每個從機之間的通信。虛擬主機與其他從機之間的通信采用RM22串行通信標準。標準工業(yè)個人計算機一般都配有RS-232串行接口。因此，有必要建立一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器-整個液體灌裝機是主從式雙總線工業(yè)PC機液體灌裝機。 從機軟件設(shè)計。 軟件采用51系列單片機匯編語言編寫。在軟件設(shè)計過程中，采用模塊化結(jié)構(gòu)。除了具有固有功能的軟件模塊外，還應(yīng)設(shè)計用于檢測和判斷主機工作狀態(tài)的功能模塊（稱為虛擬主機模塊）。此外，為了提高自動灌裝機的靈活性，從軟件中灌裝機應(yīng)盡可能獨立于工藝流程。這樣，當進程更改時，只需要更改主機軟件。依賴軟件過程。 虛擬主機模塊是實現(xiàn)虛擬技術(shù)的關(guān)鍵。在虛擬主機模塊的設(shè)計過程中，設(shè)置了虛擬主機標識、自動灌裝機控制標識和循環(huán)定時器。虛擬主機的標識由虛擬主機的命令設(shè)定或重置，表示從機為虛擬主機的資格：自動灌裝機的控制標識表示自動自動灌裝機控制權(quán)的歸屬，標記設(shè)置表示自動灌裝機的控制權(quán)屬于虛擬主機，標記重置表示自動灌裝機的控制權(quán)屬于虛擬主機。 一旦主計算機C接管自動灌裝機的控制，虛擬主計算機設(shè)置自動灌裝機的控制標記，啟動循環(huán)定時器，并周期性地向各從計算機發(fā)送循環(huán)命令，以控制自動自動灌裝機的連續(xù)運行。 動態(tài)數(shù)據(jù)交換是Windows系統(tǒng)支持的三種內(nèi)部通信機制之一。它是一個開放的基于消息的數(shù)據(jù)交換協(xié)議，也是應(yīng)用程序之間的合作標準。該協(xié)議允許應(yīng)用程序使用windows的消息處理機制交換數(shù)據(jù)和執(zhí)行遠程命令。動態(tài)數(shù)據(jù)交換是無需用戶干預(yù)的數(shù)據(jù)交換方法。在根據(jù)動態(tài)數(shù)據(jù)交換協(xié)議在兩個應(yīng)用程序之間交換數(shù)據(jù)之前，必須建立客戶機（客戶機-服務(wù)器）關(guān)系。動態(tài)數(shù)據(jù)交換應(yīng)用程序使用三個級別的項目名稱、主題名稱和應(yīng)用程序名稱來標識在客戶端和服務(wù)器之間傳遞的數(shù)據(jù)單元。客戶機和服務(wù)器通過鏈接交換數(shù)據(jù)。 | |
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