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技术论坛虚拟主机的微机配料系统设计及实现

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虚拟主机的微机配料系统设计及实现2021-03-11

1引言
微机配料系统的发展,经历了集中控制和分散控制两个阶段。在集中控制方式中、计算机除具有工艺流程控制、工况实时显示、提供数据存储、报表打印等功能外,还要完成对各对象的直接控制和数据采集任务。一旦计算机出现故障、将造成系统瘫痪,影响生产正常进行。随着微处理器技术、网络技术、通信技术的发展,出现了分散控制方式,它是由一台主机和多台从机通过网络联结起来,主机不参与对各对象的直接控制,而是将控制任务交各从机完成。
为了提高配料系统的可靠性,即在硬件上再备份一台主机,一旦主机出现故障,备用主机马上接管配料系统控制权、保证生产连续进行.本文设计的微机配料系统利用现今广泛采用的虚拟技术,在分散控制的基础上.赋予其中一台从机具有主机(这里称虚拟主机)的主要控制功能,在不增加硬件成本的前提下,一旦主机出现故障,虚拟主机马上接管配料系统控制权,控制各从机协调工作,完成配料任务,充分体现了“软件即设备”的设计思想,具有广阔的应用前景。
2配料系统总体构成及实现方法
2.1系统总体构成
配料系统总体构成主机和各从机(含虚拟主机)之间通过串行总线(称总线I)连接,虚拟主机和其它从机之间也通过串行总线(称总线U)连接、构成双总线结构的主从微机配料系统,主机通过串行总统1实现对配料系统的控制,而虚拟主机在取得系统控制权后.通过串行总线II实现对配料系统的控制.
主机主要完成工艺流程控制、工况实时显示及报警、提供数据的存储、报表打印.配方优化和管理咨询等功能。
各从机(含虚拟主机)在主机管理下,按照配方要求、控制各自的对象,完成数据采集、处理存储与显示、故障诊断与报警、数据通讯等任务。
在配料系统设置过程中,事先赋予某一台从机以虚拟主机资格,一旦主机出现故障,虚拟主机接管系统控制杖,控制各从机协调工作,完成配料任务。
2.2主机和瑋拟主机间配料系统控制权的交换方法
要实现主机和虚拟主机间配料系统控制权的无中断切换,关键问题是要解决主机和虚拟主机之间各自工作状态的相互检测和判决。为了解决这个问题,根据微机配料系统的工作特点.在从机软件设计中设置主机状态定时器和循环周期寄存器,主机状态定时器由虚拟主机命令启动并始终工作,只有配料循环命令才能对其清零。从机根据循环周期寄存器内容和状态定时器的值来判断主机工作状态:,如果在循环周期的整数倍时间内没有接收到循环命令,则判断主机故障.虚拟主机接管系统控制权,通过串行总线n控制各从机继续工作:
主机恢复正常后,如何收回系统控制权,也是需解决的问题。当主机正常后,恢复向各从机发送配料循环命令,虚拟主机接收到该命令,确认无误后先向各从机发送放弃信息,然后交岀配料系统控制权:主机恢复对系统控制后,一方面控制配料系统继续运行,另一方面补充原始数据,既实现了配料系统控制权的无中断切换,又保证了数据的连续性。
3设计举例
某化工厂微机配料生产线由10台计量秤和1台液位计组成,每台计量秤按配方要求计量一种物料,这些物料经输送设备送到配料锅,在配料锅里加入适量的水后,经过充分搅拌形成料浆.再送下道工序使用.液位计测量配料锅的料位高度、当料位高于报警线时.产生报警信号.以防止料浆溢出,
自动化配料系统在原有的控制方式采用上、下两级计算机控制方案,上位机安装在中央控制室,完成工艺配方的输入,修改,配料过程的实时显示,数据的贮存和报表打印,并直接参与对每台计量秤的进料,卸料动作控制。下位机实际上是一个多路数据釆集单元,安装在生产现场,负责称重信号和液位信号的数据采集和就地显示.并将釆集到的数据通过串行总线送上位机处理”这套称重配料系统尽管釆用了上、下两级计算机结构,但从控制特点上来看,仍属于集中控制方式。经过长期运行,发现只要有一台计量秤出现故障,整个自动配料系统就处于停顿状态,待故障排除后方能恢复运厅,使生产受到很大影响。后来对这套配料系统进行技术改造时,作了如下改进:
(1)采用分散控制方式代替原集中控制方式n
(2)主机不再参与对各计量秤的直接控制,而改由各从机直接控制,
(3)釆用虚拟主机技术,以提高系统可靠性.
3.1产品配置
配料系统组成:主机采用标准配置的工业PC从机又称称重控制器,配料系统是以51系列单片机为核心开发而成的,每一台称重控制器控制一台计量秤,直接控制配料过程,完成数据釆集、处理、存储与显示,故障检测与报警,数据通讯等任务。
液位计实际上也是一台变送控制器,它仅測量配料罐的重量而不参与控制,根据配料罐的重量、容积、料浆比重等参数,换算出料位高度,并将此信息传输给主机,主机根据配料罐的料位高度,控制配料系统的循环速度,有效防止料浆溢出。配料系统设置过程中,定义液位计作为虚拟主机。一旦主机出现故障,液位计接管配料系统控制权,控制配料系统连续运行。
主机和各从机之间.虚拟主机和其它各从机之间的通信釆用RM22串行通信标准,标准工业PC一般配置RS-232串行接口,因此需要设置协议转换器-整个配料系统是一个双总线结构的主从微机系统。
3.2从机软件设计
从机软件采用51系列单片机汇编语言编程,在软件设计过程中,釆用模块结构.除设计完成固有功能的软件模块外,还应设计完成主机工作状态检测和判决的功能模块{称虚拟主机模块)。另外.为了增加系统灵活性,应便从机软件配料系统尽量独立于工艺流程。这样当工艺流程发生改变时,仅需改变主机软件即可一.从机软件流程
虚拟主机模块是实现虚拟技术的关键.在虚拟主机模块设计过程中,设置虚拟主机标志、配料系统控制标志和循环周期定时器。虚拟主机标志由虚拟主机命令置位或复位,表示该从机的虚拟主机资格:配料系统控制标志表示系统控制权的归属,标志置位表示配料系统控制权归虚拟主机,标志复位表示称重配料系统控制权归
主机c一旦虚拟主机接管配料系统控制权,使配料系统控制标志置位并启动循环周期定时器,定期地向各从机发送循环命令、控制系统连续运行
3.3主机软件设计
主机软件釆用VB5.0(VisualBasic5.0)编程,除通过与各从机通信,完成所需的控制任务外,还应具有工况的实时显示、配方优化、管理咨询等功能。因此主机软件的设计思想应是操作简便、控制可靠、功能齐全且界面友好。
主机和各从机之间的数据交换及对各从机的控制是通过工况实时显示模块实现的,主机对各从机发布循环命令,进入配料循环过程;依次接收各从机传来的工况信息.进行实时动态显示,并根据相应的控制方案向各从机发送控制命令。
4结束语
基于虚拟主机技术的微机配料系统已在生产现场正常使用、在不增加硬件成本的前提下,提高了系统的可靠性,对中小型控制系统来说,具有广泛的应用前景。




 

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