摘 要：从低成本自动化的模式出发,介绍一种以IPC工控机﹑台湾研华公司的ADAM-4000系列远端数据采集模块及以北京亚控科技发展有限公司的组态软件-组态王进行组态所组成的糖厂工艺参数监控系统的基本结构、设计要点及技术特点。
一、概述
在糖厂的生产过程中，为保证生产的安全进行，特别是保证蔗糖的质量，提高出优等糖的出糖率，必须对糖厂的压榨、制炼、锅炉、电力等车间的生产过程中的主要工艺参数进行监控。由于糖厂的工艺决定了糖厂的车间较为分散，监测记录参数量多，而且大部分靠人工操作，造成工人管理及调度人员劳动强度大，数据不准确，给糖厂的生产操作、调度及管理实现自动化带来了很大不便。因此安装糖厂工艺参数监控系统有着重要的意义。它可以实现在线连续、自动监测、存贮及处理生产过程中各生产部位的工艺参数，优化现场操作条件，减轻工人劳动强度，同时，还要求可用便携式电脑在异地通过网络监控各设备工况及工艺参数、异地进行故障诊断及系统维护。为实现全面质量管理自动化打下基础。
二、系统平台的选择
在设计本监控系统时，主要考虑的问题是系统的开放性、维护性以及整个系统的性能价格比，因此选择适当的软、硬件平台是非常重要的。集散控制系统的DCS以卓越的集中管理、集中操作与功能分散、危险分散的特点适应了工厂自动化的要求，是工控系统理想的系统结构。但是一些DCS系统大都比较庞大，硬件和软件的专用性强，系统投资很大，开发周期长，使得许多中小企业望而却步。
当前工控系统的一个值得注意的趋势就是低成本的自动化。所谓低成本自动化就是一种适度投资、采用高新技术、低成本、高效益、低风险，具有竟争力的一种自动化模式。它瞄准中小企业自动化系统中的过程控制和生产监控管理。低成本自动化的目标就是以较低的成本实现高可靠性、高性能的控制系统。为此在经过对各种方案进行充分的比较后,选择以下的软、硬件平台。
1、硬件平台：在上述背景下，工业控制计算机IPC越来越受到关注。IPC的开放性、兼容性使得它与大系统联结比较方便，这正是IPC适于低成本自动化的优势。同时IPC是按照工业现场的要求进行设计的，与一般的通用PC相比、IPC在抗干扰性，可靠性等方面有了极大的改进，完全能够满足工业现场控制的需要。据统计，其平均无故障时间MTBF已达10年。同时IPC往往采用嵌入式结构特点，实现了模块化及组合化。能够使用现在很多工控硬件公司生产的符合IPC标准的各种控制模块或板卡，能够方便地设计及搭建自己的工业控制系统，实现了“即插即用”（Plug and play）
2、软件平台：从软件方面看，Windows逐渐成为PC软件的平台，Windows以其标准窗口系统、图形用户界面（GUI）和集成数据共享等特点，成为当今最受欢迎的软件开发工具和集成环境之一。Windows受到广泛称赞的特色之一是它的动态数据交换DDE（Dynamical Dede Exchange）功能。通过DDE以及Net DDE（DDE的网络版本），同一计算机上的多个应用程序之间在运行过程中可以进行数据交换，网络上的不同计算机之间可以实现数据共享。国际、国内有众多的基于PC机及Windows平台的工控软件，如InTouch、Citect及组态王（King View）等工控软件包。这些软件包都提供了对Windows DDE功能的支持。
因此，考虑到适应开放体系控制系统的发展趋势，我们决定采用低成本自动化系统集成的方式，选择IPC作为监控系统硬件平台，选择台湾研华（ADVANTECH）公司的ADAM—4000系列远端数据采集模块组成RS-485测控网络系统，以Windows98作为IPC监控系统的软件平台，由北京亚控自动化软件公司生产的组态王6.0（King View6.0）软件组成监控系统的软件体系。
三、系统方案
1、 系统要求该工艺参数监控系统对糖厂有关车间的电流、功率、温度、压力、流量、液位及糖浆锺度、中和PH值等33个工艺参数进行实时监测及管理。根据生产状况及时给出报警信号，自动生成并定时打印报表等;同时对在生产工艺控制中比较重要的参数要在整个榨季进行记录保存，并在系统上绘制历史及实时曲线，可根据各工艺参数的实时曲线值实时调整生产工艺控制及参数控制，实现整个生产过程及流程处于最佳工艺生产状态，提高产品质量及出糖率。同时要求组建相应的网络系统，利用便携式电脑在异地可实现远程监控现场参数及工艺画面，同时可远程对系统的参数设置及故障进行诊断及维护。
2、 根据上述系统要求，由台湾研华公司的工业控制微机IPC和ADAM—4000系列远端数据采集控制模块组成RS-485网络测控系统：
（1）工控机选用研华IPC—615型奔腾或以上CPU的专用机，该机型具有较强的抗恶劣环境及抗干扰能力和较高的可靠性，加装100M以态网卡后可以与其它系统联成局域网。
（2）ADAM—4000系列远端数据采集模块为智慧型I/O模块，可处理A/D、D/A、D/I、D/O等工业信号，并可直接与各种形式热电偶及铂电阻直接相连，也可通过传感器或一次仪表将待检测的物理参数的测量值送入ADAM—4000模块的RS—485标准网络，该网络利用单组双绞线屏蔽电缆作为信号传输线;传送速率可达到115.2kbps，传输距离可达1.2KM，同一个网络中最多可接入256个ADAM模块，每个ADAM模块可有最多16个通道的模拟量输入或开关量输入。
（3）上位机组态软件选用北京亚控公司的组态王6.0（King View6.0）该软件能很好的支持ADAM—4000系列模块，组态方便，容易操作的人机界面，具有数据分析与报表输出等功能。同时,组态王支持通过动态数据交换（DDE）和其它应用程序交换数据;通过DDE,开发者可以利用PC机丰富的软件资源来扩充“组态王”的功能,如可和各种Windows下的与DDE兼容的应用程序（如Excel）交换数据;可以利用VB开发服务程序,完成数据采集、报表打印、多媒体声光报警等功能;从而很容易组成一个完备的上位机管理系统;还可以和数据库程序、人工智能程序、专家系统等进行通信。而且组态王的网络版支持真正客户-服务器模式和Internet/Intranet浏览器技术、支持远程报警的各种报警方式和利用MODEM与当地电话拨号上网通信等多种网络形式。
（4）信息时代是一个联网的时代。对于工业应用方面的远距离测点，难以构成局域网，Internet解决方案和无线解决方案又容易受到速度、费用、天气等影响。根据本系统的要求及特点，本着节约有限经费我们决定不设服务器，利用组态王远程拨号的方案实现远距离联网。其利用调制解调器（MODEM）及电话网实现远程拨号联网，远程拨号功能与组态王原有驱动程序无缝连接，硬件设备端无需更改程序。利用便携式计算机远程拨号能实时显示现场设备运行状况及工艺参数，随时打印，报警和历史数据自动上传等功能;并可远程进行故障诊断及维护等。
四、系统特点及功能实现
1、本系统是根据现我国一般蔗糖糖厂的实际工艺及监控的参数情况，应用分布式数据采集方式构成的系统。系统由一个中心站（操作柜及监控站）及四个子站组成。在中心站可集中监测、显示、管理系统全部数据及信息，而四个子站为四个数据采集站，分别分散在糖厂的四个车间，见下图所示：
2、系统硬件为模块化结构，故系统可灵活地更换不同的功能模块，
以进行不同任务的系统组态，这对于系统的进一步扩张和功能的增加及修改是极为方便和有利的。
3、各子站的主要硬件采用ADAM（研华工控系统产品）模块，为今后系统的扩展、操作、维护、以及系统的升级打下了良好的基础;同时该模块本身带有DC500V的光点隔离电路，采用差分输入输出，其传输线路采用屏蔽双绞线电缆，以上措施将能较好地减少和避免外部信号的干扰，故系统有较好的抗干扰能力。
4、系统主机采用工控产品，故系统在恶劣环境中可稳定可靠连续的运行;整个系统采用集中供电方式，中心站设置参数稳压电源，由此向设在各子站的隔离开关电源装置送电，经隔离开关电源转变为相应的+24V、±12VDC以后供各子站模块使用。
5、通过位于主站上的组态软件“组态王”6.0的配置及组态，实现对各子站所对应车间的设备工况及工艺参数的监控及管理。充分满足系统方案所提出的要求。
五、结束语
采用低成本自动系统集成的方式,利用IPC的高可靠性、开放性及其丰富的软、硬件资源,我们非常迅速地实现了该糖厂的工艺参数监控系统;从硬件方面来说,使用成熟的、性价比高的ADAM模块可以省去电路设计、制版、调试等一系列工作,缩短了硬件开发时间;而充分利用Windows平台数据集成功能,发挥组态王在Windows平台下的强大功能,可节省程序开发的工作量,缩短整个系统的开发时间。
该系统于2001年底和2002年底在云南永德糖业集团下属的两个企业-永德康甸糖业公司及永甸糖厂分别投运以来,一直安全运行,对这两个企业的生产及管理产生了积极的效果,改善了工作环境,降低了管理者及工人的劳动强度,增强了生产现场的安全性,提高了产品质量。总之,经过一年半的运行考验,证明系统是可靠的,取得了明显的经济效益和社会效益。
