全自动计量配料控制系统在各行业的应用已屡见不鲜，如:冶金，有色金属，化工，水泥建材，食品等行业。它是成品生产的首要环节，特别是有连续供料要求的行业，其配比的过程控制直接影响了成品的质量，它是企业取得最佳经济效益的先决条件。虽然行业各自不同的工艺特点对配料控制要求也不同，但其高可靠性，先进性，开放性，免维护性，可扩展性是各行业所追求的一致目标。随着it技术的普及应用，工厂自动化将直接进入e时代，其中计量自动化scada 也是一个重要的环节。

2 系统功能

基于以上目标，我们为某行业龙头企业设计、制造了一套全自动的多品种混合配料计量、预计量、输送、金属检测、包装计量、分选计量等功能的机电一体化生产线。其中动态计量秤，通过二级现场总线，会同plc，hmi/ipc无缝地组成三位一体的闭环动态配料系统，其中工控机经hub及以太网连入工厂erp/mis。整个配料过程严格按照所选择的配方比和流程进行，并有多级报警记录，完成不同原料混匀给料及物流控制，实现了管控一体化，优化了过程控制的性能和效率。它将是一种目前基于fcs配料计量监控系统的先进解决方案，符合开方性的计量自动化发展趋势。

本系统工艺流程如图1所示。

图1 系统工艺流程

3 系统配置

本系统下位机采用了三菱电机的melsec-a2sh系列plc为主控器，并配以got-f940触摸屏为下位人机介面(hmi)，计量控制由12台上海大和衡器(shanghai yamato)的cfw定量给料机(constant feed weigher)组成。它们之间通过cc- link现场总线联网，以实现数据采集与控制，来确保系统的可靠性和实时性。上位机部分选择研华ipc610工控机作为监控站，配以 microsoft windows nt 4.0 for workstation操作系统和世界著名的监控软件citectscada 5.30为 scada系统的软件平台环境，系统软件具有丰富的流程操作、监控、通讯、报警、管理、趋势、报表记录和冗余等功能，并具有较强的诊断能力。系统的硬件和软件是控制系统的有机体，以上配置确保了系统完整性、一致性、兼容性和成套性，适应在工业环境下能长期稳定运行，并具有电、磁、震抗干扰的能力，保证了整个系统的安全运行要求。

系统具有如下功能特点:

·监控生产现场的实时数据及工艺流程;

·浏览各实时/历史趋势画面;

·处理反映各种过程报警和历史报警;

·浏览查询/打印实时/历史生产报表;

·修改管理生产过程参数和状态;

·为企业决策者提供工厂底层实时数据;

本配料系统结构与网络配置如图2所示。

图2 配料系统结构与网络配置

3.1 下位机结构及组成

在本工程中所采用的12台cfw主要是来完成原料流量控制，其核心为cfc-200仪表，它集调节与演算为一体的多功能计量控制器，其中 cpu为摩托罗拉68k系列，它集大和衡器出众的仪表设计技术，具备足够的抗干扰性能、多样化接口、自诊断功能、自整定pi调节功能等特长，并配以上海大和c3级电阻应变式荷重传感器(loadcell)、安川电机的电流矢量型变频器616g5和德国sew高性能变频电机，组成一个完整的机电一体化产品，确保了计量和控制的准确性，其系统精度达到±0.2%。

下位机选用三菱melsec-a plc共2台组成双机冗余结构，它具有先进、高速、可靠、大容量的特点，其中plc1为主控，plc2为后备冗余，当发生故障时，便可实行主备plc间的无扰切换，也可作为将来工程扩充用。由于12台cfw分布较分散，故选择cc-link总线与plc相连。下位hmi为got940 lcd触摸屏，以确保工艺数据正确和及时在上位pc监控站和触摸屏上得到双重响应和显示，即使上位发生故障或失效，也不影响整个流程控制。触摸屏的监控画面虽没上位hmi丰富，但也基本覆盖整个系统的监控和操作。

3.2 cc-link概况

cc-link是三菱电机公司以高性能、低成本、多厂商支持为目标于1996年推出的第二代开放式现场总线，是 control & communication link(控制与通信链路)的简称，2000年11月，cc-link协会成立，专门负责 cc-link在全球的普及和发展。

开放式现场总线cc-link具有性能卓越、应用广泛、使用简单、节省成本等突出的优势。cc-link采用双绞线为连接介质的主从结构，最多支持64个从站，采用广播论询方式，最高可达到10mbps速度。plc或计算机作为cc-link主站，配以aj65sbt-rpt中继器最远距离可达13.2km。网络总线最大的循环数据容量为2048个点，512个字;最大瞬时传送数据量为960字节。cc-link具有预约站功能、自动刷新功能、即插即用功能和主站热备、子站脱离、站上线回复、监控测试等完备的ras机能。cc-link在使用上，硬件开关设置、接线(3芯屏蔽线)和系统组态(参数设定即可)都非常方便和简单。

目前cc-link支持多达360种设备，如:远程i/o、传感器、称重控制器、调节器、电磁阀、变频器、触摸屏等等。并得到220多家厂商支持，如:松下电工、大和衡器、横河、西门子、digital、nec等等,cc-link也是目前唯一能与欧美现场总线标准抗衡的亚洲产品。

上海大和的定量给料机(cfw)是作为远程设备从站形式连接cc-link现场总线的。

3.3 组态及编程

plc编程以三菱gx developer7.0为工具平台, 采用符号化的梯形图编写，并充分考虑系统资源，多用宏应用，减少扫描时间，提高实时控制性。melsec-a plc为cc-link主站，由主站模块a1sj61bt11控制从站(cfc-200控制器)的运行和数据刷新，在网络组态时，可将初始化程序通过plc来完成网络设备参数的设定，写入主站的eeprom中，在运行程序中，主从站之间的数据交换是自动链接更新的，主 cpu只需用from/to指令即可从缓冲存储器中存取从设备信息。

上下位机的通信选用modbus通讯协议(rs485方式)，网络结构是主从结构，通信介质为双绞线，它是modicon公司早期所引用发展,是一种经典开放的串行通信协议，在工业控制领域应用非常广泛，是事实上的工业网络标准。它支持21种功能代码，并可与工厂中其它众多厂商的不同产品进行通讯。本系统中采用的modbus协议是以rtu(binary) 格式封装，采用crc错误校验,可以较高的通信效率传送信息。它的衍生协议 modbus/tcp可应用于ethernet设备间的通信，符合当今网络发展趋势。

3.4 监控系统详述

监控系统是以citectscada 5.30 32位工控软件为开发和运行平台，citect是世界领先的scada产品,它是基于 windows nt平台用于分布式控制系统的scada软件，具有独特的“可伸缩结构”,它向用户提供了极大的应用灵活性和系统开方性，在工业自动化领域有着广泛的应用，是当今优秀的自动化软件之一。

(1) citectscada

citectscada内置一个cicode脚本的实时多任务程序语言，利用它所提供的丰富函数库，可灵活地开发出复杂的应用程序，这是它优于其它scada软件的特点之一。监控系统采用树型结构，具有多种画面调用手段，以方便操作使用。系统画面分菜单主页，配料总貌监控、设备监控、配方管理、趋势组记录、报警组记录、报表、操作日志、调试维护、帮助等画面。为保证系统的安全可靠运行，监控系统提供多级用户管理功能, 分为操作员、管理员和工程师三种权限，以保证系统的安全机制。在本配料监控系统的开发中，结合了实际工艺状况和充分利用citectscada的特长，主要完成了配方设置、流程选择和切换、流程联锁、流程起动、顺序停止、故障停止、流程报警、总量的定量控制、配料流量调节及产量统计计算等功能。

(2) 系统界面

系统部分界面图如图3、图4、图5所示。

图3 配料系统界面

图4 配料总貌界面

图5 配方管理界面

citectscada采取了c/s结构方式，以输入/输出服务器(i/o server)形式经以太网链路(tcp/ip协议)连入工厂 erp/mis，citect提供了dde/netdde，opc，odbc/sql，com/dcom,ctapi等通用方法实现基于windows应用程序和i/o之间的数据交换。本配料系统中的历史数据以odbc/sql方式访问数据库服务器microsoft sql server 7.0。而实时数据的交换,选用citectscada所提供的ctapi接口，它适合多种数据交换，使用更为灵活，它避免了各应用程序的代码冗余，提高了内存的利用率，它以dll函数提供外部的应用程序(vb，vc++等)接口，使用户应用程序可直接对citectscada的tag变量进行操作，并支持通过 tcp/ip的远程ole api功能。