以太网在布袋除尘系统中的研究与应用

　　7套子系统分属7地，均有除尘电机和除尘本体、除尘清灰控制系统、除尘卸灰系统，除尘输灰系统构成。上位机与现场采用电仪一体化（电气、仪表共用）的施耐德PLC控制系统进行顺序控制、连续控制构成I级基础自动化系统。II级过程计算机由2套服务器互备系统组成，主要功能包括工艺技术计算、生产指导、过程监视、数据通信和生产报表等。现场就近设置一个HMI组态人机界面分站。分站系统采用10M／100M工业以太网与上位机通讯。现场分站分间距离比较远，需另建立一个中央监控室。将7套子系统集中到一个监控室中来，数据采集到固定的服务器中，放置于SQL-server实时数据库中，利用VisualBasic基本工具，自动进行报表的生成与打印功能，从而自动，实时地记录现场运行、故障、曲线及人员值班情况。
　　电平的上升沿进行触发，它的输出仅仅决定边沿时刻的输入，所以抗干扰能力强，不会造成空翻。本系统中，由于设备比较复杂，要求不同，所以要针对各个不同的操作情况而选定不同的触发方式。如一些数字量的翻转操作中，则用电平触发的方式就可完成所需操作；而对于设各的启停这种比较重要的操作，则要用脉冲触发，以确保其安全性和稳定性。

2 系统功能介绍
2．1设备起停操作
设备起停操作有现场、本地、集中操作3种方式。本地和集中全部采用鼠标或键盘方式进行。设备起停由计算机集中操作实现，起动前首先需要查询本地操作柜是否已经给予操作权限，在权限给予的情况下方可进行操作，以防引起误操作。设备单动或调试状态下，可以对某一台设备进行操作进行自动＼手动操作选择、设备起停控制操作、清灰，输灰方式选择等。
2．2显示与报警提示
　　显示部分需要显示除尘风机的轴压、工作油压、振动烈度、定子温度等参数；除尘本体仓室中喷吹电磁阀、料位状态、振打等状态，除尘仓室压差。设备的运行状态用不同的颜色来区分，过程的测控参数同时显示于相应位置。设计多幅画面来表示不同的生产工序，鼠标切换显示流程中的总貌与细节。故障时，声光报警，报警栏闪烁报警故障，并将故障位置、时间、记录到后台数据库中以供事后追忆与分析。故障确认后，声音和频闪画面可手动解除，但画面继续保持。
2．3参数历史记录
　　瞬时记录和历史记录曲线和报表，对重要的工艺参数进行数据保存，以便生产调试和事故分析，查询。
2．4系统安全管理
　　为防止非法用户使用操作计算机和工作人员退出系统等违纪操作，保证整个监控系统的安全，对不同用户设计相应的级别和口令。本系统采用的用户管理功能：普通用户、高级用户、超级用户3种级别，对应的用户操作权限不同。用户只能在超级用户赋予的操作权限范围内操作，从而加强了系统的安全性和可靠性。
2．5报表打印功能
　　为了察看生产状态，减轻操作人员工作量，设计自动报表系统。利用VisualBasic语言，从Sql数据库中读取数server据，自动生成报表并打印，打印方式分以下几种：①定时打印：可定时打印T／R运行表、定时时间可以设定；②用户打印：用户可自定义打印当前或者历史报表；③报警打印：当T／R发生故障时，自动记录讯发生故障的时间、故障类型及故障发生时的运行参数。

3 系统软件设计
　　本系统主要是基于施耐德公司的MonitorProV7-2工控组态软件构建，通过该软件的服务器SERVER端和下位PLC利用工业以太网，采用TCP／IP协议进行通讯，通过客户端CLIENT使用户进行方便的人机界面操作。
3．1MonitorProV7．2介绍
　　MonitorProV7．2是施耐德公司开发的一种工业组态软件，旨在优化生产管理过程。在各种领域——自动化行业、农业综合部门、水处理等，该软件都可以提供信息管理和处理方面的最佳技术。由于其模块化的设计方法，可根据应用程序的要求来进行定制。其界面友好、结构灵活，可以方便地根据用户要求来量身定制。用户可以快速地创建自己的用户界面，增加远程维护功能，执行更多的操作。
3．2工业以太网简介
　　以太网是由美国Xerox公司于1975年推出的一种局域网。目前，由于因特网和工业以太网采用统一通讯协议——TCP／IP，以太网具有实时性、稳定性与通用性比较强的优势，因此也不仅用于人机接口层、企业信息系统层外，也逐渐用于I／O层和人机接口层，享有“e网到底”的美誉。尽管具有所有网络的固有弊端，如通信的实时性、确定性的问题，鲁棒性和抗干扰能力的问题，但是综合其利弊还是广泛应用于工业现场中。
3.3系统监控的显示设计
　　虽然监控中的显示部分相对简单，但为了达到画面简洁明了，标签使用少，方便管理和维护的目的，采用了把相近或相同的设备用数组来定义，对这一类设备用一个标签名并可代替，并且对系统中数量最多的数字量的定义，没有采用逐一定义的方法，而是利用模拟量的二进制的每个位来定义多个数字量的0，1变化，从而大大减少了烦琐的标签定义过程。
3．4冗余服务器的设计与实现
　　现场要求系统无故障连续运行，这就需要一个主服务器，一个从服务器（后备服务器）进行冗余服务器运行。这需要两个完全相同的服务器工作，主从服务器进行配置并支持主／从服务器的仲裁，实时数据、数据库记录、系统报警同步。现场Client同时连接到两个服务器中，当任何一个服务器故障时，在10ms时间切换到另一个服务器中，这样不影响现场系统的实时运行，从而达到无故障安全运行的目的。
3．5网络中的诱导延迟解决
　　由于系统中的点数较多，距离较远，而且由于网络固有的特性有数据延迟的问题，造成系统不稳定性的增加，现在比较常用的是冲突碎片屏蔽的方法和时延补偿的方法，考虑到网络诱导延迟的原因是数据包排队等待延迟、信息产生延迟、传输延迟。采用触发的方式要求数据传输以减少数据等待时间，从而减少延迟。
　　一般传输分两种触发方式：电平触发和脉冲触发。不同的触发方式，有着不同的优缺点：①电平触发：电平触发是在当信号变成高电平或低电平的时候触发，所以它的抗干扰能力不强。而且它有结构简单，触发速度快的特点。但它的缺点是容易造成空翻。②脉冲触发：脉冲触发是在信号变成高电平的上升沿进行触发， 它的输出仅仅决定边沿时刻的输入 ，所以抗干扰能力强，不会造成空翻。 
3．6报警点设计中的一种算法
　　在系统故障发生点和报警的设计中，由于涉及到一些阀门的联动，所以设计了专门的算法，以达到正常和正确报警的目的。现以除尘器脉冲阀和提升阀的联动，联锁关系为例，进行说明：清灰时，先关闭该清灰仓的提升阀，即该仓的提升阀通电工作。然后逐一的接通该仓的12个喷吹脉冲阀，压缩空气经脉冲阀和喷吹管向滤袋内喷射，使附在滤袋外的过滤粉尘脱落，清灰仓的12个脉冲阀喷吹完毕后，打开该仓提升阀，恢复过滤状态。由于阀门的开／关是典型的数字量0／1切换，而且阀门较多，根据用一个模拟量的二进制的每个位来定义多个数字量的方法，一个仓中1个提升阀对应12个脉冲阀和12个喷嘴，定义为一个模拟量me，其二进制数的第1位到第12位分别代表着12个脉冲阀的状态。
　　报警规则为：当除尘仓提升阀和脉冲阀都正常工作时（即都显示绿色时），则除尘仓中的对应喷嘴才能工作正常（显示为绿色，为1）。只要有任意一个出现故障（除尘仓提升阀或任一脉冲阀），则除尘仓中的对应喷嘴不能正常工作（显示为红色，为0）。为实现此规则，采用二进制的位操作，mc代表12个脉冲阀的开／关状态，所以，对每个脉冲阀的状态位进行与操作，再和提升阀状态进行与操作，当提升阀状态ts和脉冲阀状态me<x>都为I时，喷嘴pz<x>的状态就输出1；提升阀状态ts和脉冲阀状态mc<x>有一个不为1，