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MCGS在硫化機行業的應用

1、引言
MCGS嵌入版組態軟件是基于RTOS（real-time multi-tasks operating system）實時多任務操作系統的專門應用于嵌入式操作系統的組態軟件，用戶只需要通過簡單的模塊化組態就可構造自己的應用系統，從而把用戶從繁瑣的編程中解脫出來，讓更多的用戶在使用嵌入式系統時得心應手。目前已在各個行業得到廣泛應用。硫化機行業采用MCGS作為開發平臺，并結合自身行業特點進行特殊定制，建立了適合自身行業特點的監控管理系統。

2、硫化監控系統要求
2.1 輪胎生產工藝
輪胎生產工藝過程可以分為四步：密煉，部件準備，輪胎成型，硫化。輪胎硫化的生產過程，主要是硫化機按照工藝要求，給輪胎施加不同的壓力和溫度，達到控制輪胎產品性能的目的。硫化工序生胎經過適當的時間以及適宜的條件，從而硫化成成品輪胎，如果硫化時溫度、壓力、時間控制的不準確就會影響輪胎質量。硫化完的輪胎即具備了成品輪胎的外觀，輪胎通過檢驗后就可入成品庫。所以硫化過程是輪胎生產成敗的關鍵。該過程條件多，控制復雜，一旦出現問題，前面幾道工序做的再好也沒有意義。
2.2 硫化系統組成
整個硫化過程涉及到的軟硬件可以劃分為三個部分：硫化機的機械裝置；機械控制單元（PLC）：接受設置，并完成控制過程；監控軟件：完成工藝配置，PLC設置，以及數據顯示和管理。在硫化過程中，這三部分密切相關，首先是由監控軟件完成工藝的編制，然后下載需要的工藝到PLC，由PLC按照工藝設置控制機械裝置完成生產過程。在生產過程中，監控軟件采集生產相關的實時數據完成顯示和歷史記錄的保存工作。

3、傳統硫化機系統
傳統的硫化機系統，硬件方面它使用通用計算機CPU和內存，使用硬盤作為存儲設備，僅提供1～2個RS232通訊口，這就決定了它的運行需要占用計算機的資源，致使計算機速度比較慢，另一方面，使用這些硬件機器發熱量也比較大，且硬盤易損壞，不安全。軟件方面，HMI軟件使用WIN98或WIN2000系統，采用第三方開發的監控軟件，而這些監控軟件普遍使用通用計算機語言開發，軟件靈活性不是很好，而且WIN98和WIN2000系統安全方面不太可靠，易受網絡攻擊，存在安全威脅。

4、嵌入式硫化機系統

嵌入式硫化機系統結構

這種體系結構與傳統的體系相比，硬件方面：它使用高性能低功耗CPU，內存容量為64~256M，提供了64M到2G的數據存儲空間，并且它還提供1~4個RS232、RS485、網口、CAN等通訊接口。軟件方面：嵌入式WINCE操作系統代替了傳統的WINDOW98，WINDOW2000等操作系統，MCGS組態監控系統代替了傳統的應用程序。

5、組態開發
5.1 硫化數據分析
硫化過程中用到的數據，總體分為兩大部分：控制數據和工藝數據。控制數據包括三個方面：開關控制，模擬量控制，時間控制。各種控制數據的功能分別如下：
開關控制數據：用來控制各種蒸氣閥門（進氣和排氣），水閥門（進水和排水），機械臂，壓力裝置。

模擬量控制：主要是溫度和壓力，一共兩個溫度（左右溫度），兩個壓力（內外壓力）。
時間控制用來控制保持溫度和壓力的時間長度。
工藝數據也包括三個方面：工藝數據，過程數據，歷史數據。各種數據的功能分別如下：
工藝數據：由一組預先設置的控制數據組成一個工藝步驟，多個工藝步驟組成一個完整的工藝過程。

過程數據：生產過程中測量得到的開關控制狀態數據和模擬量數據。

歷史數據：過程數據的保存結果。
5.2 工藝數據組態
根據硫化過程的特點，一個輪胎硫化過程需要多步工序，每個工序都需要進行一段時間，同時每步工序對應的多個閥門狀態也各不相同，這就需要為每步工序設置不同的進行時間，及每步工序對應的多個閥門狀態控制參數。結合MCGS組態軟件的特點可以使用配方來實現工藝數據的控制，在組態下定義和編輯配方，每個工序需要進行的一段時間用配方的延遲時間來實現。即由一組預設的閥門控制狀態和一個時間量組成一個工藝記錄，工藝步驟按時間順序執行。具體實現方法如下：
工藝表編輯和保存方案：使用配方來管理工藝記錄表，配方組保存工藝記錄表，每條配方表示一個工藝記錄。
工藝執行方案：在循環策略中使用配方腳本完成設置數據的讀取，并按照時間要求將數據下載到PLC設備。
工藝表下載方案：PLC驅動提供設備命令，驅動的該命令能直接讀取配方數據，實現塊下發。硫化工藝開始前，當前工藝數據需下載到PLC中，每步工藝保持時間長短由PLC根據該步驟的執行時間控制。
5.3 硫化數據保存與顯示
硫化數據顯示針對不同的數據而不同，開關量數據顯示使用動畫構件，模擬量數據顯示使用圓盤曲線顯示。內溫，外溫，內壓和外壓的變化趨勢可以通過兩種方式來顯示，歷史曲線和圓盤曲線。
圓盤曲線是專門為替代三針指示記錄調節儀設計的曲線顯示構件。它最大支持八條曲線，支持24小時范圍實時數據和歷史數據的顯示及曲線標識顯示（溫度和壓力），能夠直觀地體現出當前的曲線說明，還支持3~60秒的數據采集間隔，通過使用腳本程序在運行環境下以對圓盤曲線的大小進行縮放，當曲線放大后點擊曲線的某一點可以對該曲線進行移動，移動至所關心的數據區查看曲線細節。硫化機的曲線如下圖所示：

圓盤曲線

硫化胎號將寫在最外層曲線的周圍，一周0-24表示一天中的24小時，垂直方向0-250表示溫度為0度-250度，水平方向0-5表示壓力，其中溫度和壓力的范圍可以自定義。曲線關聯數據對象，以曲線的形式來顯示實時數據，歷史數據的查詢使用HisData()方法打開自定義查詢時間，也以曲線形式在該構件上顯示。
歷史數據保存面臨兩大風險，一是數據量大，二是查詢效率低。數據量大的風險主要是由于歷史數據保存的時間要求比較長，一般都在一年以上，按每6秒鐘保存一條記錄計算數據量也接近1G，而查詢效率低原因也就是由于數據量大引起的，因此要解決這二個問題除了用MCGS提供的組對象存盤機制進行保存并擴展存儲空間外，使用圓盤曲線實現按天查詢有效的解決了查詢效率低這一問題。以存儲四個模擬量、間隔6秒為例，圓盤曲線可存儲120天～6200天的硫化過程數據，而查詢任意一天的數據耗時<2s，縮放狀態切換耗時<1s。

6、硫化機網絡群控
6.1 網絡群控意義
隨著生產規模的擴大,在一個生產廠里可能分布有幾十臺甚至上百臺硫化機。如何集中、方便、高效的管理整個生產過程以及這些硫化機設備就成為一個難題。為此充分利用MCGS組態開放性，可擴展性的特點，開發工廠級的設備聯網管控系統，將整個工廠里所有硫化設備和生產過程納入統一管理。就能很好的滿足現場設備管理/生產管理的需要，大大簡化管理復雜度，提高管理效率。
6.2 技術特點(拓撲圖)

如圖所示，下位機使用相同的設備和工程，工程環境都使用MCGS硫化機專用版,每臺下位機通過ModbusTCP轉發出12個浮點數(或整數)。
上位機配置一個中心服務器，中心服務器使用網絡版MCGS軟件,通過以太網和所有硫化機的TPC相連接,使用專用群控設備驅動，輪詢掃描所有TPC，讀取的數據存在設備內的緩沖區內；使用一組變量表和監控畫面，系統運行時在腳本中使用驅動的設備命令將數據從設備的緩沖區讀到通道變量中并在畫面中顯示。
6.3 應用情況

MCGS組態軟件在硫化行業的聯網應用，實現了遠程工藝設置，遠程參數顯示和設置，并且集中顯示遠程實時數據，通過MCGS網絡版組態軟件實現IE客戶端瀏覽功能。目前這一網絡群控功能在硫化行業得到廣泛應用，并為其它行業指明了方向。

7、結束語
結合硫化行業自身的特點，通過MCGS本身的平臺及專業的圓盤曲線和配方功能,實現了硫化工藝的控制與數據的顯示與保存及全生產過程實時管理的功能，同時體現了嵌入式HMI的高效率和良好系統擴展性。

參考文獻：
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[2]　MCGS用戶指南[Z].北京:昆侖通態公司, 2007
[3] 于濤、高丙朋，等.MCGS在水廠自動化監控系統中的應用.現代電子技術,2007
[4] 趙維佺、冼釗龍，等.監控組態軟件的研究與應用. 工業控制計算機,2006

作者簡介:
姓名:余曉華
性別:女
出生年月:1981.04.25
院校:中國地質大學(北京)
專業:計算機應用