基于RS-485总线的分布式金刚石加工监控系统研制

1 引言

特种金刚石聚晶的合成，对加工工艺要求的非常严格，产品质量好坏受合成炉加温工艺、加压工艺影响较大。目前传统的金刚石聚晶加工合成设备采用人工通过监测电流、压力显示仪表进行手工操作控制，对操作工素质的要求较高，产品的合格率及生产效率也难以提高。本课题项目，主要研究基于总线技术的控制系统，给特种 金刚石聚晶合成控制提供一个硬件基础，改变原来的监控手段，实现了加工工艺参数的自动精确监测和按造加工工艺控制，减少人为因素造成的不合格产品，提高产品的成品率。本文介绍系统的设计与性能测试方法。

2 系统体系结构及实现

2.1 系统体系结构

考虑到金刚石聚晶合成现场强电设备较多，现场噪声干扰严重等，如采用传统的模拟信号长距离传输采集，不易保证信号质量;再加上各合成设备分布较散、监测点 比较分散，监控中心距各监测点距离又较远，因此系统采用如图1所示的基于rs-485总线的分层分布开放式体系结构模型，即系统由加工工艺监测中心(远 方)、集中监测层和就地数据采集、控制层组成，实现管理集中、监测分散的设计思想。从体系模型结构上，分为三个层次:

(1) 数据采集、控制层—主要包括由合成装置、智能数据采集、控制器及传感器构成的数据采集控制层，现场数据传输总线采用rs-485总线，完成现场装置控制工 艺参数从监控层计算机的下载接收。

(2) 现场集中监测层—由现场监测计算机组成，主要完成从上层下载工艺参数及对每个合成炉的加工工艺加载、数据采集、初步处理和现场监控，并将数据传输到远控监测管理层。

(3) 远控管理监测层—主要面向具有管理和调度权限的管理人员，由监测计算机和服务器等组成，在此完成集中监测管理及对每个合成炉加工设备的工艺输入。

3 系统硬件设计

硬件系统如图1所示，主工控机采用研华工控整机，根据受控设备现场分布情况，选择rs-485总线结构，远程数据采集控制硬件选用具有rs-485总线输 出的ad4000系列模块和开发具有rs-485总线输出的智能传感器。

图1 系统结构图

3.1 智能传感器模块

智能传感器模块有温度传感器、电流传感器、压力传感器。传感器结构如图2所示:

图2 智能传感器设计结构图

3.2 输入输出模块

ad4000系列其内建的微处理器具有信号处理、模拟量信号输出、开关量信号输入输出接口，可通过rs-485总线网络，独立提供智能信号调理，具有传输 距离远、抗干扰能力强、使用灵活、维护方便、便于联网和扩展等优点。

4 系统软件设计

由于分布式集散控制系统的使用，使管理和操作人员在劳动强度减轻的同时，所要监测的范围也更宽了。传统的监测系统，信息的主要表现是文本以及一些简单的开关状态的显示，这很难适应现代化企业的优化管理的要求。21世纪末，随着多媒体技术的发展，信息媒体的多样性、交互性和集成性，使用户能够更直观有效地控制和使用信息。在监控系统中引入多媒体技术，将大大提高生产自动化水平。

4.1 组态软件的选取

开发一个在线生产监控系统，必然要涉及到很多不同类别的设备驱动、数据采集和传输控制、多种媒体信息的处理和集成等。若采用传统的最底层编程的方式，人力物力耗费较大，开发周期长等缺点。因此选用组态软件作为本系统的软件开发平台和开发环境。它包含目前流行的多种硬件设备驱动程序，支持 adm4000系 列，支持rs-485、rs-232、rs-422以及tcp/ip等通讯协议，具有activex控件及动画功能、32位程序，可运行于win98、 win2000/nt平台。

4.2 系统软件的设计

软件核心部分:数据采集与处理、控制算法模块、输出控制模块、通讯模块、加工参数数据库、历史数据库等组成，系统软件结构示意图如图3所示:

图3 系统控制软件结构示意图

软件采用面向对象模块化开发方法，对各工程模块进行独立组态设计，再利用组态软件提供的工程合并功能，在管理监测层进行系统集成。在开发过程中也使用了系统化方法:

(1) 测点的系统编码:对所有的测点和设备模块的可能故障和状态进行系统化编码，最终存入数据库中，可以更加高效的快速查询，保证系统的实时性。

(2) 变量的系统描述:设计中利用组态软件对变量可以中文命名等优点，对被监测的参数进行系统化定义，包括监测点参数的类型、监测位置、监测点编号等，增强了系统软件的可读性和维护性。

5 远程监测的实现及现场应用

本监控系统采取的是现场在线监控方式。我们利用企业局域网实现了现场与远端管理层之间的数据共享;也实现了对于局域网内的任何一台计算机(安装了监测软 件)的联网远程监测功能。随着现代通信技术和计算机技术的迅速发展，如何实现资源共享以及远程监测是进一步研究方向。另一方面，现场设备的故障远程诊断及设备状态的远程监测功能，对企业生产自动化的远程监测具有更重的意义。

以上介绍的适用于企业生产的监控系统，主要解决了以下几个问题:

(1) 采用集散分布式监测模式解决了集中管理和分布监控的问题;

(2) 提出适和复杂工业环境的监测网络结构，既保证数据的高可靠性，又便于资源共享;

(3) 采用组态技术和多媒体技术实现生产过程实时自动化模拟显示和监测;

(4) 实现了局域网内远程实时监测和数据共享。

6 结束语

经现场实际投入运行，证实该系统完全适合这种复杂的工业环境，对促进生产过程监控自动化，提高工作效率具有积极的作用。同时该系统的应用实践证明，本系统设计思想同样适用开发其它其他工业环境下的监控系统。[!--empirenews.page--]