1引言
微機(jī)配料系統(tǒng)的發(fā)展，經(jīng)歷了集中控制和分散控制兩個(gè)階段。在集中控制方式中、計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障、將造成系統(tǒng)癱瘓,影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。隨著微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了分散控制方式,它是由一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起來,主機(jī)不參與對(duì)各對(duì)象的直接控制，而是將控制任務(wù)交各從機(jī)完成。
為了提高配料系統(tǒng)的可靠性,即在硬件上再備份一臺(tái)主機(jī)，一旦主機(jī)出現(xiàn)故障,備用主機(jī)馬上接管配料系統(tǒng)控制權(quán)、保證生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行.本文設(shè)計(jì)的微機(jī)配料系統(tǒng)利用現(xiàn)今廣泛采用的虛擬技術(shù),在分散控制的基礎(chǔ)上.賦予其中一臺(tái)從機(jī)具有主機(jī)（這里稱虛擬主機(jī)）的主要控制功能，在不增加硬件成本的前提下，一旦主機(jī)出現(xiàn)故障,虛擬主機(jī)馬上接管配料系統(tǒng)控制權(quán),控制各從機(jī)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(jì)思想，具有廣闊的應(yīng)用前景。
2配料系統(tǒng)總體構(gòu)成及實(shí)現(xiàn)方法
2.1系統(tǒng)總體構(gòu)成
配料系統(tǒng)總體構(gòu)成主機(jī)和各從機(jī)（含虛擬主機(jī)）之間通過串行總線（稱總線I）連接,虛擬主機(jī)和其它從機(jī)之間也通過串行總線（稱總線U）連接、構(gòu)成雙總線結(jié)構(gòu)的主從微機(jī)配料系統(tǒng)，主機(jī)通過串行總統(tǒng)1實(shí)現(xiàn)對(duì)配料系統(tǒng)的控制，而虛擬主機(jī)在取得系統(tǒng)控制權(quán)后.通過串行總線II實(shí)現(xiàn)對(duì)配料系統(tǒng)的控制.
主機(jī)主要完成工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示及報(bào)警、提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、報(bào)表打印.配方優(yōu)化和管理咨詢等功能。
各從機(jī)（含虛擬主機(jī)）在主機(jī)管理下，按照配方要求、控制各自的對(duì)象,完成數(shù)據(jù)采集、處理存儲(chǔ)與顯示、故障診斷與報(bào)警、數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)。
在配料系統(tǒng)設(shè)置過程中，事先賦予某一臺(tái)從機(jī)以虛擬主機(jī)資格，一旦主機(jī)出現(xiàn)故障，虛擬主機(jī)接管系統(tǒng)控制杖，控制各從機(jī)協(xié)調(diào)工作，完成配料任務(wù)。
2.2主機(jī)和瑋擬主機(jī)間配料系統(tǒng)控制權(quán)的交換方法
要實(shí)現(xiàn)主機(jī)和虛擬主機(jī)間配料系統(tǒng)控制權(quán)的無中斷切換，關(guān)鍵問題是要解決主機(jī)和虛擬主機(jī)之間各自工作狀態(tài)的相互檢測和。為了解決這個(gè)問題,根據(jù)微機(jī)配料系統(tǒng)的工作特點(diǎn).在從機(jī)軟件設(shè)計(jì)中設(shè)置主機(jī)狀態(tài)定時(shí)器和循環(huán)周期寄存器，主機(jī)狀態(tài)定時(shí)器由虛擬主機(jī)命令啟動(dòng)并始終工作，只有配料循環(huán)命令才能對(duì)其清零。從機(jī)根據(jù)循環(huán)周期寄存器內(nèi)容和狀態(tài)定時(shí)器的值來判斷主機(jī)工作狀態(tài):，如果在循環(huán)周期的整數(shù)倍時(shí)間內(nèi)沒有接收到循環(huán)命令，則判斷主機(jī)故障.虛擬主機(jī)接管系統(tǒng)控制權(quán)，通過串行總線n控制各從機(jī)繼續(xù)工作:
主機(jī)恢復(fù)正常后,如何收回系統(tǒng)控制權(quán),也是需解決的問題。當(dāng)主機(jī)正常后，恢復(fù)向各從機(jī)發(fā)送配料循環(huán)命令，虛擬主機(jī)接收到該命令,確認(rèn)無誤后先向各從機(jī)發(fā)送放棄信息，然后交岀配料系統(tǒng)控制權(quán)：主機(jī)恢復(fù)對(duì)系統(tǒng)控制后，一方面控制配料系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行,另一方面補(bǔ)充原始數(shù)據(jù)，既實(shí)現(xiàn)了配料系統(tǒng)控制權(quán)的無中斷切換，又保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性。
3設(shè)計(jì)舉例
某化工廠微機(jī)配料生產(chǎn)線由10臺(tái)計(jì)量秤和1臺(tái)液位計(jì)組成，每臺(tái)計(jì)量秤按配方要求計(jì)量一種物料，這些物料經(jīng)輸送設(shè)備送到配料鍋，在配料鍋里加入適量的水后，經(jīng)過充分?jǐn)嚢栊纬闪蠞{.再送下道工序使用.液位計(jì)測量配料鍋的料位高度、當(dāng)料位高于報(bào)警線時(shí).產(chǎn)生報(bào)警信號(hào).以防止料漿溢出，
自動(dòng)化配料系統(tǒng)在原有的控制方式采用上、下兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制方案，上位機(jī)安裝在控制室，完成工藝配方的輸入，修改，配料過程的實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)的貯存和報(bào)表打印，并直接參與對(duì)每臺(tái)計(jì)量秤的進(jìn)料，卸料動(dòng)作控制。下位機(jī)實(shí)際上是一個(gè)多路數(shù)據(jù)釆集單元，安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場，負(fù)責(zé)稱重信號(hào)和液位信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和就地顯示.并將釆集到的數(shù)據(jù)通過串行總線送上位機(jī)處理”這套稱重配料系統(tǒng)盡管釆用了上、下兩級(jí)計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，但從控制特點(diǎn)上來看，仍屬于集中控制方式。經(jīng)過長期運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)只要有一臺(tái)計(jì)量秤出現(xiàn)故障，整個(gè)自動(dòng)配料系統(tǒng)就處于停頓狀態(tài)，待故障排除后方能恢復(fù)運(yùn)廳，使生產(chǎn)受到很大影響。后來對(duì)這套配料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造時(shí)，作了如下改進(jìn)：
(1)采用分散控制方式代替原集中控制方式n
(2)主機(jī)不再參與對(duì)各計(jì)量秤的直接控制，而改由各從機(jī)直接控制，
(3)釆用虛擬主機(jī)技術(shù),以提高系統(tǒng)可靠性.
3.1產(chǎn)品配置
配料系統(tǒng)組成：主機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)配置的工業(yè)PC從機(jī)又稱稱重控制器，配料系統(tǒng)是以51系列單片機(jī)為核心開發(fā)而成的，每一臺(tái)稱重控制器控制一臺(tái)計(jì)量秤，直接控制配料過程，完成數(shù)據(jù)釆集、處理、存儲(chǔ)與顯示，故障檢測與報(bào)警，數(shù)據(jù)通訊等任務(wù)。
液位計(jì)實(shí)際上也是一臺(tái)變送控制器，它僅測量配料罐的重量而不參與控制，根據(jù)配料罐的重量、容積、料漿比重等參數(shù)，換算出料位高度，并將此信息傳輸給主機(jī)，主機(jī)根據(jù)配料罐的料位高度,控制配料系統(tǒng)的循環(huán)速度，有效防止料漿溢出。配料系統(tǒng)設(shè)置過程中，定義液位計(jì)作為虛擬主機(jī)。一旦主機(jī)出現(xiàn)故障，液位計(jì)接管配料系統(tǒng)控制權(quán),控制配料系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行。
主機(jī)和各從機(jī)之間.虛擬主機(jī)和其它各從機(jī)之間的通信釆用RM22串行通信標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)PC一般配置RS-232串行接口，因此需要設(shè)置協(xié)議轉(zhuǎn)換器-整個(gè)配料系統(tǒng)是一個(gè)雙總線結(jié)構(gòu)的主從微機(jī)系統(tǒng)。
3.2從機(jī)軟件設(shè)計(jì)
從機(jī)軟件采用51系列單片機(jī)匯編語言編程，在軟件設(shè)計(jì)過程中，釆用模塊結(jié)構(gòu).除設(shè)計(jì)完成固有功能的軟件模塊外，還應(yīng)設(shè)計(jì)完成主機(jī)工作狀態(tài)檢測和的功能模塊｛稱虛擬主機(jī)模塊)。另外.為了增加系統(tǒng)靈活性，應(yīng)便從機(jī)軟件配料系統(tǒng)盡量獨(dú)立于工藝流程。這樣當(dāng)工藝流程發(fā)生改變時(shí)，僅需改變主機(jī)軟件即可一.從機(jī)軟件流程
虛擬主機(jī)模塊是實(shí)現(xiàn)虛擬技術(shù)的關(guān)鍵.在虛擬主機(jī)模塊設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置虛擬主機(jī)標(biāo)志、配料系統(tǒng)控制標(biāo)志和循環(huán)周期定時(shí)器。虛擬主機(jī)標(biāo)志由虛擬主機(jī)命令置位或復(fù)位,表示該從機(jī)的虛擬主機(jī)資格：配料系統(tǒng)控制標(biāo)志表示系統(tǒng)控制權(quán)的歸屬，標(biāo)志置位表示配料系統(tǒng)控制權(quán)歸虛擬主機(jī)，標(biāo)志復(fù)位表示稱重配料系統(tǒng)控制權(quán)歸
主機(jī)c一旦虛擬主機(jī)接管配料系統(tǒng)控制權(quán)，使配料系統(tǒng)控制標(biāo)志置位并啟動(dòng)循環(huán)周期定時(shí)器，定期地向各從機(jī)發(fā)送循環(huán)命令、控制系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行
3.3主機(jī)軟件設(shè)計(jì)
主機(jī)軟件釆用VB5.0(VisualBasic5.0)編程，除通過與各從機(jī)通信，完成所需的控制任務(wù)外,還應(yīng)具有工況的實(shí)時(shí)顯示、配方優(yōu)化、管理咨詢等功能。因此主機(jī)軟件的設(shè)計(jì)思想應(yīng)是操作簡便、控制可靠、功能齊全且界面友好。
主機(jī)和各從機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換及對(duì)各從機(jī)的控制是通過工況實(shí)時(shí)顯示模塊實(shí)現(xiàn)的，主機(jī)對(duì)各從機(jī)發(fā)布循環(huán)命令，進(jìn)入配料循環(huán)過程;依次接收各從機(jī)傳來的工況信息.進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，并根據(jù)相應(yīng)的控制方案向各從機(jī)發(fā)送控制命令。
4結(jié)束語
基于虛擬主機(jī)技術(shù)的微機(jī)配料系統(tǒng)已在生產(chǎn)現(xiàn)場正常使用、在不增加硬件成本的前提下，提高了系統(tǒng)的可靠性，對(duì)中小型控制系統(tǒng)來說,具有廣泛的應(yīng)用前景。
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