基于IMS的自動(dòng)標(biāo)定裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

劉俊君，吳 謹(jǐn)，李富年

（武漢科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430081）

厚度指標(biāo)作為帶材重要的質(zhì)量指標(biāo)之一，一直以來(lái)都受到生產(chǎn)廠(chǎng)家與用戶(hù)的重視。在鋼板軋制過(guò)程中，由于各種因素的影響，鋼板的厚度會(huì)發(fā)生變化，若厚度偏離標(biāo)準(zhǔn)厚度太多，鋼板就只能作廢。而鋼板厚度只能在軋制過(guò)程中加以控制，而不像寬度、長(zhǎng)度可以在軋制之后再進(jìn)行剪裁，獲得需要的尺寸。目前大部分IMS測(cè)量?jī)x外部標(biāo)準(zhǔn)樣板的比對(duì)和標(biāo)定都是通過(guò)維護(hù)人員手動(dòng)完成，存在著檢測(cè)速度慢、存在安全隱患、影響設(shè)備壽命等缺陷[1]。

因此有必要設(shè)計(jì)研發(fā)一種全自動(dòng)標(biāo)定裝置，利用OPC方式，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和PLC的通信，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的方法，替代當(dāng)前人工測(cè)量方式，確保短時(shí)間內(nèi)完成全通道的厚度校對(duì)，保證多功能測(cè)厚儀的精度，減少X射線(xiàn)近距離輻射傷害的可能性，以及減少關(guān)閉X射線(xiàn)機(jī)械盲板次數(shù)、降低設(shè)備的故障率，提高機(jī)組生產(chǎn)率。

1 IMS自動(dòng)標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)校準(zhǔn)裝置控制系統(tǒng)將標(biāo)準(zhǔn)板庫(kù)由2塊標(biāo)準(zhǔn)板擴(kuò)展為11塊標(biāo)準(zhǔn)板，標(biāo)準(zhǔn)板厚度為2 mm～22 mm，并能夠完成11塊標(biāo)準(zhǔn)板多種模式的自動(dòng)校準(zhǔn)。下位選擇FX3U-80MT/ES晶體管型PLC和FX2N-1PG-E定位模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)四軸的位置控制，上位選擇InTouch 10.0進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)以太網(wǎng)及OPC通信，如圖1所示。

圖1 自動(dòng)標(biāo)定裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 System structure of the automatic calibration device

IMS X_ray測(cè)厚儀自動(dòng)標(biāo)定裝置的工藝流程：

（1）將11塊標(biāo)準(zhǔn)板放置在標(biāo)準(zhǔn)板放置箱；

（2）啟動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)并登錄系統(tǒng)；

（3）選擇測(cè)量模式；

（4）錄入標(biāo)準(zhǔn)板的標(biāo)準(zhǔn)厚度，并設(shè)置測(cè)量通道的速度；

（5）4個(gè)伺服電機(jī)復(fù)位；

（6）標(biāo)準(zhǔn)板的校準(zhǔn)：從標(biāo)準(zhǔn)板放置箱取板，送標(biāo)準(zhǔn)板至測(cè)量通道進(jìn)行測(cè)量，回板至標(biāo)準(zhǔn)板放置箱。系統(tǒng)按照程序設(shè)計(jì)采取最優(yōu)路線(xiàn)自動(dòng)完成第一塊標(biāo)準(zhǔn)板的校準(zhǔn)，然后進(jìn)行第二塊標(biāo)準(zhǔn)板的自動(dòng)校準(zhǔn)，以此類(lèi)推，直至完成11塊標(biāo)準(zhǔn)板的自動(dòng)校準(zhǔn)；

（7）導(dǎo)出數(shù)據(jù)至報(bào)表。

2 基于InTouch的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

InTouch是美國(guó)Wonderware公司推出的基于Windows平臺(tái)的工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件，它主要是由InTouch應(yīng)用程序管理器、WindowMaker和 WindowViewer 3個(gè)主要程序構(gòu)成。該軟件具有強(qiáng)大的監(jiān)控功能，通過(guò)其強(qiáng)大的圖形開(kāi)發(fā)和動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)功能開(kāi)發(fā)出來(lái)用戶(hù)操作界面，可以實(shí)時(shí)展現(xiàn)并監(jiān)控工控現(xiàn)場(chǎng)的真實(shí)情況，數(shù)據(jù)采集和管理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換、在線(xiàn)和歷史趨勢(shì)圖顯示、報(bào)警和事件自動(dòng)記錄等功能更是為預(yù)警危險(xiǎn)提供了很大的便利[2]。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及OPC通信方式

OPC全稱(chēng)是OLE for Process Control，包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過(guò)程控制和制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制應(yīng)用建立了橋梁。OPC采用客戶(hù)/服務(wù)器模式，把開(kāi)發(fā)訪(fǎng)問(wèn)接口的任務(wù)放在硬件生產(chǎn)廠(chǎng)家或第三方廠(chǎng)家，以O(shè)PC服務(wù)器的形式提供給用戶(hù)，解決了軟、硬件廠(chǎng)商的矛盾，完成了系統(tǒng)的集成，提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性和可互操作性。

InTouch通過(guò)I/O通訊接口與外界設(shè)備進(jìn)行通訊，I/O Server負(fù)責(zé)對(duì)物理接口的直接訪(fǎng)問(wèn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控組態(tài)軟件與硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)交換[3]。OPCLink是工作在Windows平臺(tái)下的應(yīng)用軟件，主要作用是通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器和InTouch的數(shù)據(jù)傳輸[4]。OPCLink可以與現(xiàn)地或者遠(yuǎn)程的OPC Server服務(wù)器端軟件（如 I/O Server，RSLinx）進(jìn)行連接，它將InTouch的命令轉(zhuǎn)換成OPC協(xié)議然后發(fā)送到OPC服務(wù)器端軟件，并從OPC服務(wù)器端軟件讀取數(shù)據(jù)，返回到InTouch。

在本監(jiān)控系統(tǒng)中，Wonderware I/O Server中OPCLink是OPC的客戶(hù)端軟件，如圖2所示；三菱FX3U系列PLC外接網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊FX3U-ENET-L；網(wǎng)絡(luò)拓展模塊FX3U-ENET-L通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)與上位機(jī)相關(guān)配置軟件相連接；由OPCLink與MX OPC軟件實(shí)現(xiàn)InTouch與三菱PLC網(wǎng)絡(luò)模塊的連通。該MX OPC服務(wù)器是三菱I/O驅(qū)動(dòng)程序OPC數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)（DA）和報(bào)警/事件（AE）服務(wù)器，它為三菱硬件和過(guò)程控制軟件提供了接口和通信協(xié)議。

圖2 InTouch與三菱PLC通信示意Fig.2 Communication of Mitsubishi PLC and InTouch

2.2 控制與監(jiān)控系統(tǒng)框架

本IMS多功能測(cè)厚儀自動(dòng)標(biāo)定裝置監(jiān)控系統(tǒng)主要包括用戶(hù)權(quán)限與登錄管理、信息顯示子系統(tǒng)、測(cè)量控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)及攝像頭實(shí)時(shí)視頻5個(gè)模塊，如圖3所示，其中共有1塊板半自動(dòng)模式、1塊板全自動(dòng)模式、2塊板半自動(dòng)模式、2塊板全自動(dòng)模式4種模式，半自動(dòng)模式可以對(duì)所取測(cè)量板進(jìn)行選擇。

圖3 系統(tǒng)軟件框架和模塊Fig.3 System software framework and modules

用戶(hù)權(quán)限與登錄管理子系統(tǒng)管理用戶(hù)的登錄、注銷(xiāo)、配置、權(quán)限分配及退出系統(tǒng)等功能；信息顯示子系統(tǒng)直接顯示用戶(hù)信息、測(cè)量狀態(tài)及過(guò)程、測(cè)量通道等詳細(xì)信息；測(cè)量控制子系統(tǒng)可進(jìn)行模式選擇、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)板選擇、復(fù)位、完整測(cè)量等操作；數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)可進(jìn)行測(cè)量通道參數(shù)的設(shè)置、標(biāo)準(zhǔn)板信息的導(dǎo)入及測(cè)量數(shù)據(jù)的導(dǎo)出；攝像頭實(shí)時(shí)視頻真實(shí)地反映現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定裝置的工作情況。

2.2.1 用戶(hù)權(quán)限管理

工廠(chǎng)內(nèi)部人員關(guān)系復(fù)雜，為確保系統(tǒng)的使用安全性，應(yīng)對(duì)用戶(hù)登錄及訪(fǎng)問(wèn)的權(quán)限進(jìn)行控制。在WindowMaker中選擇菜單“特別-安全性-選擇安全類(lèi)型-InTouch”，可配置用戶(hù)、分配權(quán)限，包括增加或刪除用戶(hù)名、修改口令及訪(fǎng)問(wèn)級(jí)別等功能[5]。

在WindowViewer監(jiān)控界面可通過(guò)代碼語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)登錄、注銷(xiāo)及用戶(hù)配置的直接調(diào)用。

①登錄

DIM logon AS DISCRETE；

logon=PostLogonDialog（）；

②注銷(xiāo)

logon=Logoff（）；

③用戶(hù)配置

$ConfigureUsers=1；

④退出監(jiān)控系統(tǒng)

WWControl（InfoAppTitle（"View"），"Close"）；

在用戶(hù)配置時(shí)可以給不同的用戶(hù)賦予不同的訪(fǎng)問(wèn)級(jí)別，不同的按鈕可通過(guò)$AccessLevel條件設(shè)置可訪(fǎng)問(wèn)的級(jí)別以提高監(jiān)控系統(tǒng)的安全性。同時(shí)，在WindowMaker中對(duì)WindowViewer進(jìn)行設(shè)置，窗口始終保持最大化，禁止啟用一切WIN鍵、ALT鍵、ESC鍵等快捷退出鍵。

2.2.2 控制測(cè)量模塊

為增加監(jiān)控系統(tǒng)的可理解性及可操作性，編程時(shí)對(duì)可操作按鈕進(jìn)行互鎖操作，通過(guò)程序判斷前一項(xiàng)動(dòng)作執(zhí)行完畢后，下一項(xiàng)操作的按鈕才顯示可用，否則一直為灰色不可操作，監(jiān)控界面操作主要工作流程如圖4所示。

啟動(dòng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)先檢測(cè)是否登錄，登錄成功方可執(zhí)行相應(yīng)操作。在選擇相應(yīng)的測(cè)量模式后，從安全角度出發(fā)，為了防止斷電、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行積累誤差等情況造成的電機(jī)異位，在每次測(cè)量之前均進(jìn)行4個(gè)伺服電機(jī)的復(fù)位操作。復(fù)位完畢，執(zhí)行取板、測(cè)量、回板的連續(xù)動(dòng)作。檢測(cè)到測(cè)量完畢后，回到登錄成功后的初始狀態(tài)。若該用戶(hù)擁有最高權(quán)限，可在測(cè)量完畢后退出系統(tǒng)。

2.2.3 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控模塊

除了實(shí)時(shí)監(jiān)控以外，在本系統(tǒng)中還加入了實(shí)時(shí)攝像頭監(jiān)控，并編寫(xiě)程序?qū)z像頭功能內(nèi)嵌到上位機(jī)監(jiān)控界面，以提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。

由于要監(jiān)控到IMS測(cè)厚儀自動(dòng)標(biāo)定裝置的全貌，且攝像頭離IMS測(cè)厚儀自動(dòng)標(biāo)定裝置不是很遠(yuǎn)，所以應(yīng)該選擇監(jiān)控角度較廣，監(jiān)控距離無(wú)需太遠(yuǎn)的攝像頭。并且由于監(jiān)控的環(huán)境較暗，要求日夜監(jiān)控，所以應(yīng)該選擇有夜視功能的攝像頭。同時(shí)，由于控制室和現(xiàn)場(chǎng)相距較遠(yuǎn)，工廠(chǎng)內(nèi)部環(huán)境惡劣，不適合較復(fù)雜的布線(xiàn)，因此考慮選擇網(wǎng)絡(luò)攝像頭。綜上所述，本系統(tǒng)中選用的攝像頭是海康威視DS-2CD3210-I5型號(hào)網(wǎng)絡(luò)攝像頭。

海康威視為二次開(kāi)發(fā)提供了SDK開(kāi)發(fā)包，根據(jù)該開(kāi)發(fā)包設(shè)計(jì)的具有預(yù)覽功能的DS-2CD3210-I5型號(hào)網(wǎng)絡(luò)攝像ActiveX控件設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

圖4 自動(dòng)標(biāo)定裝置的工作流程Fig.4 Work flow chart of the automatic calibration device

圖5 網(wǎng)絡(luò)攝像ActiveX控件設(shè)計(jì)流程Fig.5 Webcam ActiveX controls design flow chart

在VC++6.0中，設(shè)計(jì)出DS-2CD3210-I5型號(hào)網(wǎng)絡(luò)攝像ActiveX控件，控件的IP地址保持和工控機(jī)的IP在同一個(gè)網(wǎng)段，在工控機(jī)上注冊(cè)該控件，便可在In-Touch的WindowMaker的配置-向?qū)?ActiveX控件安裝中直接添加該控件并加以使用。

2.2.4 導(dǎo)出報(bào)表模塊

InTouch組態(tài)軟件支持DDE接口，提供DDE動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換模塊用于與其它應(yīng)用軟件之間進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)交換，通過(guò)DDEServer實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與報(bào)表軟件之間的數(shù)據(jù)交換[6]。本系統(tǒng)使用Excel通過(guò)DDE接口與In-Touch進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，利用Excel的宏以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)板標(biāo)準(zhǔn)厚度的錄入、標(biāo)準(zhǔn)板64個(gè)通道的測(cè)量厚度的匯總等報(bào)表功能。

［result=］ FileWriteFields（filename，offset，starttag，numberoffields）函數(shù)將InTouch中一系列標(biāo)記名的值寫(xiě)入csv文件，其中starttag包含要寫(xiě)入的第一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的第一個(gè)標(biāo)記名的名稱(chēng)。這個(gè)csv文件不符合一般報(bào)表的要求，只能提供數(shù)據(jù)。所以需要另設(shè)計(jì)一個(gè)空的Excel報(bào)表，再將csv文件的數(shù)據(jù)復(fù)制到報(bào)表中，形成完整的報(bào)表。

Excel提供了一個(gè)Visual Basic編輯器，通過(guò)Visual Basic編輯器定義并編輯宏，當(dāng)用Excel打開(kāi)含有啟動(dòng)宏的工簿時(shí)，就會(huì)自動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)宏。通過(guò)InTouch 中的 StartApp"C：Program FilesMicrosoft OfficeOffice12excel e： eport.xls"語(yǔ)句打開(kāi)定義了宏的excel文件，按照宏中的報(bào)表制作模板自動(dòng)將csv文件中的數(shù)據(jù)做成完整的報(bào)表。為了順利運(yùn)行Excel報(bào)表，Excel的宏的安全級(jí)別應(yīng)設(shè)為最低。

2.2.5 信息顯示模塊

信息顯示子系統(tǒng)即監(jiān)控主界面，它承擔(dān)系統(tǒng)主要信息的展示，包括用戶(hù)信息，測(cè)量狀態(tài)及過(guò)程、測(cè)量通道信息等，如圖6所示。

圖6 監(jiān)控主界面Fig.6 Main monitoring interface

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前IMS測(cè)量?jī)x由人工對(duì)標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行比對(duì)和標(biāo)定所存在的檢測(cè)速度慢、時(shí)間長(zhǎng)、存在安全隱患、影響設(shè)備壽命等缺陷，開(kāi)發(fā)了基于InTouch的IMS多功能測(cè)厚儀自動(dòng)標(biāo)定裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。工程實(shí)踐表明，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，用自動(dòng)化代替了人力，從控制室便可控制并監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的操作，在保證多功能測(cè)厚儀的精度、減少X射線(xiàn)近距離輻射傷害的可能性、減少關(guān)閉X射線(xiàn)機(jī)械盲板次數(shù)以及降低設(shè)備的故障率的同時(shí)，縮短完成全通道的厚度進(jìn)行校對(duì)的時(shí)間，提高機(jī)組生產(chǎn)率，進(jìn)一步減少維護(hù)工人受輻射的可能性。同時(shí)，由上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供的導(dǎo)出報(bào)表功能，將人力從抄寫(xiě)大量測(cè)量數(shù)據(jù)的繁瑣工作中解放出來(lái)，給工人帶來(lái)了很大的便利。結(jié)合企業(yè)目前已有的安全管理模式，達(dá)到避免安全事故發(fā)生的目的，具有理論和現(xiàn)實(shí)的意義。

[1]靳其兵，吳磊.有關(guān)X射線(xiàn)測(cè)厚儀技術(shù)的研究[J].自動(dòng)化儀表，2007，28（1）：65-66，70.

[2]陳俊，余兵.工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)技術(shù)及其發(fā)展[J].可編程控制器與工廠(chǎng)自動(dòng)化，2006（5）：6-13.

[3]但斌斌，馬乾，時(shí)寶祥，等.基于InTouch的監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，22（6）：39-40.

[4]王萍，童琨.Wonderware InTouch軟件在馬鋼彩色涂層鋼板過(guò)程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，16（1）：41-44，56.

[5]王永紅.基于InTouch的煤礦井下電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2012.

[6] 郭棣，劉曉軍，周銘.用EXCEL實(shí)現(xiàn)INTOUCH報(bào)表功能[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（31）：100-101.

智能制造工程實(shí)施方案即將發(fā)布，聚焦兩大領(lǐng)域

為了實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，工信部制定了智能制造工程實(shí)施方案（2016—2020年）（簡(jiǎn)稱(chēng)《方案》）；從有關(guān)渠道獲悉，這一方案已發(fā)布在即。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在主管部門(mén)的引導(dǎo)推動(dòng)下，資金、資源向智能制造領(lǐng)域加速匯集，未來(lái)機(jī)器人和人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)將是長(zhǎng)期大主題。

據(jù)介紹，智能制造是新一輪工業(yè)革命的核心。要實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”，完成從制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變，智能制造將是主攻方向。為此，工信部會(huì)同相關(guān)部門(mén)已經(jīng)完成了方案的編制工作，計(jì)劃年底前報(bào)送國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組審議后發(fā)布實(shí)施。

工信部人士表示，《方案》重點(diǎn)突出兩個(gè)方面：一是抓好智能制造試點(diǎn)示范；二是做好傳統(tǒng)制造業(yè)數(shù)字化制造普及工作；通過(guò)《方案》的實(shí)施，到2020年，制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域智能化水平顯著提升，試點(diǎn)示范項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)成本降低30%，產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短30%，不良品率降低30%。下一步，工信部還將積極研究制定支持智能制造發(fā)展的政策措施，尤其要在現(xiàn)有的技術(shù)改造、中國(guó)制造2025專(zhuān)項(xiàng)以及現(xiàn)有渠道中，加大中央財(cái)政資金對(duì)智能制造項(xiàng)目的支持力度。同時(shí)，也要積極向國(guó)開(kāi)行推薦符合條件的智能制造項(xiàng)目，申請(qǐng)專(zhuān)項(xiàng)建設(shè)基金。鼓勵(lì)建立按市場(chǎng)化方式運(yùn)作的各類(lèi)智能制造發(fā)展基金，搭建政銀企合作平臺(tái)，研究建立產(chǎn)融對(duì)接新模式，引導(dǎo)和推動(dòng)金融機(jī)構(gòu)創(chuàng)新符合智能制造發(fā)展方向以及企業(yè)需要的產(chǎn)品和服務(wù)方式。

發(fā)展智能制造是我國(guó)應(yīng)對(duì)未來(lái)新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)變革的一個(gè)前瞻性任務(wù)。但實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，單靠企業(yè)的力量是做不到的，或者說(shuō)，并不完全是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)能推動(dòng)的，而需要政府提供支持——政府要發(fā)現(xiàn)并解決那些關(guān)鍵的基礎(chǔ)性的問(wèn)題。

工信部人士介紹說(shuō)，《方案》將要解決幾個(gè)重要問(wèn)題：第一個(gè)就是智能化零部件的國(guó)產(chǎn)化。“比如說(shuō)機(jī)器人，里邊的減速器等零部件，現(xiàn)在大部分還需要進(jìn)口，如果我們下一步要推廣智能制造，就要防止形成新的對(duì)外依賴(lài)。”另一個(gè)重要問(wèn)題是建立工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。其是支撐智能制造的關(guān)鍵綜合信息基礎(chǔ)設(shè)施，是將機(jī)器、人、控制系統(tǒng)與信息系統(tǒng)有效連接的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)工業(yè)數(shù)據(jù)的全面深度感知、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)傳輸與高級(jí)建模分析，形成智能決策與控制，驅(qū)動(dòng)制造業(yè)的智能化發(fā)展。