工程碩士畢業(yè)論文答辯2

1、基于基于OPC的注塑機監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)的注塑機監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)n班班級級：n學(xué)學(xué)生：生：n學(xué)號學(xué)號：主要內(nèi)容主要內(nèi)容n背景背景n塑料工業(yè)在最近 20 年發(fā)展迅速，塑料制品在工業(yè)和民用各個領(lǐng)域都得到了廣泛的使用。隨著塑料制品應(yīng)用的領(lǐng)域愈加廣泛，社會對塑料制品的性能和質(zhì)量都提出了更高的要求，從而推動了塑料制品生產(chǎn)方法的革新、制品設(shè)計的創(chuàng)新以及新型塑料成型機械設(shè)備的問世。塑料制品的成型工藝和成型設(shè)備有多種，從塑料機械所占的比例而論注塑機約占 35%，擠出機組約占 25%，中空成型機約占 5%，其他塑料機械約占 35%。緒論緒論緒論緒論 2008 年世界塑料消費達(dá) 2.45 億噸，中國全年消費

2、塑料總量則超過6000 萬噸。一個規(guī)模較大的塑料制品生產(chǎn)企業(yè)擁有注塑機從幾十臺到數(shù)百臺不等，但目前許多企業(yè)由于技術(shù)水平和管理水平比較落后，注塑機的工藝參數(shù)設(shè)定、運行狀況以及生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行情況等仍以人工操作為主，不能滿足企業(yè)管理信息化以及提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率、縮短交貨期的要求。因此，研究開發(fā)能夠?qū)ψ⑺軝C運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時采集與處理，并對注塑機群信息進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控的技術(shù)和系統(tǒng)，已經(jīng)成為許多塑料制品企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的迫切需要。緒論緒論實時監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)從最初的CCS（計算機集中控制系統(tǒng)），到第二代的DCS（分散控制系統(tǒng)），發(fā)展到現(xiàn)在流行的FCS（現(xiàn)場總線控制系）。對諸如圖像、語音信

3、號等大數(shù)據(jù)量、高速率傳輸?shù)囊?，又催生了?dāng)前在商業(yè)領(lǐng)域風(fēng)靡的以太網(wǎng)與控制網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合。這股工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化浪潮又將諸如嵌入式技術(shù)、多標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、無線技術(shù)等多種當(dāng)今流行技術(shù)融合進(jìn)來，從而拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機遇。緒論緒論數(shù)據(jù)采集方式數(shù)據(jù)采集方式n驅(qū)動程序方式驅(qū)動程序方式(DRIVERS)n動態(tài)數(shù)據(jù)交換動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)n對象鏈接與嵌入對象鏈接與嵌入(OLE) OPC技術(shù)技術(shù)緒論緒論課題來源海天國際有限公司：注塑機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)平臺開發(fā)項目研究意義 現(xiàn)在的注塑企業(yè)大多數(shù)采用人工操作與管理的模式，生產(chǎn)效率徘徊不前，而管理者對每臺注塑機不能更具體和快速地考核，問題不能

4、夠直觀及時地反映出來。生產(chǎn)運作停留在“低效、高耗、劣質(zhì)”的落后的生產(chǎn)管理模式上。使用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對注塑機群進(jìn)行集中監(jiān)控與管理可以起到提高生產(chǎn)效率、降低人力成本、減少人為的重復(fù)錯誤、自動收集生產(chǎn)數(shù)據(jù)等作用。實現(xiàn)“高效、低耗、優(yōu)質(zhì)”的先進(jìn)注塑生產(chǎn)運作管理模式。 國外已有的注塑機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)如奧地利T.I.G公司的產(chǎn)品，價格非常昂貴，一般國內(nèi)用戶無法接受；日本的一些知名注塑機廠商如住友FUNAC、東芝等的注塑機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)只能與他們自己的PLC相連，沒有兼容性。國內(nèi)一些公司開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)多為通用型的系統(tǒng)，且各自有各自的通訊協(xié)議。 作為國內(nèi)注塑機行業(yè)的龍頭，世界上產(chǎn)量最大的注塑機生產(chǎn)公司，海天集團(tuán)目前

5、有來自國內(nèi)外的5個控制器供應(yīng)商，今后有可能會有更多的控制器加入或者替代現(xiàn)有的控制器。目前，大多數(shù)控制器廠商都能夠開發(fā)提供OPC服務(wù)器接口；應(yīng)用OPC技術(shù)開發(fā)一個能夠兼容各個控制器的注塑機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對于海天集團(tuán)不但能夠提升技術(shù)水平，給客戶更好的應(yīng)用服務(wù)，對于提升品牌形象有很好的作用；同時，也是對于國內(nèi)注塑機行業(yè)在此領(lǐng)域的一個探索與推動。上位機 注塑工藝參數(shù)設(shè)定、工況顯示、數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、報警狀態(tài)監(jiān)視下位機 數(shù)據(jù)采集、以及過程控制注塑機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)從功能上總體分為下位機和上位機兩層.本文所研究的內(nèi)容主要是上位機系統(tǒng)的設(shè)計。如圖所示，普通注塑機完成一個完整的注塑周期，可以分為閉模與合緊、注

6、射裝置前移和注射、壓力保持、制品冷卻和預(yù)塑、注射裝置后退和開模頂出制品五個階段。研究內(nèi)容研究內(nèi)容 如圖所示為從接單到產(chǎn)品生產(chǎn)完成的整個流程，步驟非常復(fù)雜。注塑行業(yè)，屬于典型的離散型的流程行業(yè)，而這種行業(yè)具有其特殊性和復(fù)雜性：多品種小批量甚至單件的生產(chǎn)模式使新產(chǎn)品開發(fā)頻繁，產(chǎn)品設(shè)計是離散制造業(yè)主要行為之一；制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)中各制造過程的關(guān)聯(lián)性很強；生產(chǎn)計劃變更的幾率非常大，生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜多變。因此，注塑機群監(jiān)控系統(tǒng)對于生產(chǎn)工藝的管理、對模具的管理、故障警報的記錄、以及工藝參數(shù)更改的可追溯性等等功能都非常重要內(nèi)容內(nèi)容根據(jù)以上對注塑成型工藝以及注塑生產(chǎn)流程的分析，注塑機監(jiān)控系統(tǒng)需要具備的功能主要包括

7、：（1）系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)視（2）注塑制品質(zhì)量控制（3）報警與報表（4）操作記錄（5） 機器信息以及用戶管理 互聯(lián)網(wǎng)軟件系統(tǒng)一般可分為 Client/Server 結(jié)構(gòu)和Browser/Server結(jié)構(gòu)。Client/Server 結(jié)構(gòu)建立在局域網(wǎng)基礎(chǔ)上，采用專用的網(wǎng)絡(luò)，對于信息安全的控制能力強；Browser/Server 結(jié)構(gòu)建立在廣域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，對網(wǎng)絡(luò)硬件要求不高，適應(yīng)性強，對信息安全的控制能力比較弱。針 對實際應(yīng)用情況，本系統(tǒng)將采用Client/Server結(jié)構(gòu)。Client/Server結(jié)構(gòu)將應(yīng)用程序分為兩大部分：一部分是由多個用戶共享的信息與功能，這部分稱為服務(wù)器；另一部分是為每個用戶

8、所專有，稱為客戶端。注塑機數(shù)據(jù)采集程序監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫 OPC技術(shù)最基本的組成是OPC服務(wù)器和OPC客戶程序。一個OPC 客戶可以連接一個或多個OPC 服務(wù)器，而多個OPC 客戶也可以同時連接同一個OPC 服務(wù)器.一個OPC 服務(wù)器包含三個對象：服務(wù)器(Server)，組(Group)，項(Item) OPC 規(guī)范提供兩種接口：自定義接口（the OPC Custom Interfaces），自動化接口（the OPC Automation interfaces）。象所有的COM結(jié)構(gòu)一樣，OPC是典型的CLIENT/SERVER結(jié)構(gòu)，OPC 服務(wù)器提供了標(biāo)準(zhǔn)的OPC 接口給OPC 客戶程序訪問。

9、本文采用VC+開發(fā)OPC自定義接口。OPC通訊的方式主要有兩種：異步通訊和同步通訊 同步通訊中，當(dāng)OPC 客戶程序?qū)PC 服務(wù)器進(jìn)行操作時，必須得等到OPC 服務(wù)器相應(yīng)的操作都完成后才能返回，OPC客戶程序在這期間一直都處于等待的狀態(tài)同步通訊方式適合OPC 客戶程序數(shù)量較少，數(shù)據(jù)量比較小時的應(yīng)用場合。 異步通訊中，當(dāng)OPC 客戶程序?qū)PC服務(wù)器進(jìn)行操作時，OPC 客戶程序在操作后馬上返回，不必等待OPC 服務(wù)器的操作，而可以執(zhí)行其他操作。 相對于同步通訊，異步通訊的效率更高適合于多個客戶訪問同一OPC 服務(wù)器以及大量數(shù)據(jù)操作的場合。在開發(fā)OPC DA客戶端應(yīng)用程序的時候，需要測覽目標(biāo)服務(wù)器

10、的所有OPCServer。具體步驟如下：第一步,在創(chuàng)建的瀏覽OPC服務(wù)器功能對話框的clap文件中添加頭文件： tlbase.h bjbase.h comdef.h opcenum_i.c第二步,利用OPC DA規(guī)范中的“OPC DataAccess Servers Version 2.0”定義CLSID，static const CLSID CATID_OPCDAServer20=0 x63d5f432，0 xcfe4，0 x1ldl，0 xb2，0 xc8，0 x60，0 x8, 0 x 3b，0 xal，0 xfb ;第三步,通過OpcEnum.exe組件提供的IOPCServerLis

11、t接口來創(chuàng)建OPC服務(wù)器的瀏覽對象，實現(xiàn)EnumClassesOfCategones()函數(shù)，查找安裝在電腦上的OPC服務(wù)器。通過上面3步操作，完成了OPC服務(wù)器的瀏覽,如圖所示，Sigmatek.OPCServer 為海天的Venus全電動注塑機控制器供應(yīng)商SIGMATEK所提供的OPCServer的名稱。點擊OK確認(rèn)后即建立了連接。OPC客戶端與OPC服務(wù)器建立連接和斷開的過程對于初始化COM組件和連接OPC服務(wù)器是否成功要作出判斷，如果不成功，則要跳出創(chuàng)建OPC服務(wù)器對象的命令，釋放內(nèi)存。如果OPC客戶端需要和OPC 服務(wù)器斷開連接，要防止內(nèi)存泄漏，先調(diào)用AtiUnadvis()函數(shù)，撤

12、銷源對象和接收器對象兩者之間的連接，然后移除添加的組和項，并且對創(chuàng)建的接口進(jìn)行釋放和相應(yīng)的內(nèi)存釋放工作。 每個OPC組對象包含許多項對象，客戶通過取得OPC組對象行的接口IOPCItemMgt指針進(jìn)行對項的操作，IOPCItemMgt接口包含AddItems()、Removeltems()、SetActiveState()等函數(shù)調(diào)用IOPCItemMgt 接口的AddItems()和Removeltems()兩個函數(shù)，可以對對應(yīng)的組下面的的項進(jìn)行項的添加或刪除。 如圖為新建一個OPC組對象并設(shè)置其屬性參數(shù)的對話框，其中包括組名、更新時間、死區(qū)等。 每個OPC組對象包含許多項對象，客戶通過取得O

13、PC組對象行的接口IOPCItemMgt指針進(jìn)行對項的操作，IOPCItemMgt接口包含AddItems()、Removeltems()、SetActiveState()等函數(shù)調(diào)用IOPCItemMgt接口的AddItems()和Removeltems()兩個函數(shù)，可以對對應(yīng)的組下面的的項進(jìn)行項的添加或刪除。 如圖所示為為OPC Group添加OPC Item 的對話框。在PLC提供的OPC數(shù)據(jù)源中選取需要的數(shù)據(jù)，點擊“Add Item” 添加數(shù)據(jù)源。 根據(jù)本文 2.1.1 節(jié)的注塑機群監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析可以將監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫需要操作的數(shù)據(jù)分成工藝參數(shù)、警報記錄、操作記錄、周期數(shù)據(jù)、機器信息、

14、用戶信息六大類。數(shù)據(jù)庫將圍繞上述信息進(jìn)行分析和設(shè)計。根據(jù)4-2中數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，如圖4-2在MYSQL中建立以下表格：字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注變量名Varchar45主鍵，非空數(shù)值Int11非空參數(shù)名Varchar45非空單位Varchar45非空字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注警報變量名Varchar45主鍵，非空警報文本Varchar100非空警報發(fā)生時間Datetime非空警報消除時間Datetime非空字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注變量名Varchar45主鍵，非空操作名稱Varchar45 非空舊值Int11非空新值Int11非空發(fā)生時間Datetime非空字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注

15、變量名Varchar45主鍵，非空數(shù)值Int11非空周期數(shù)Int11非空字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注機器IDVarchar45主鍵，非空機器型號Varchar45非空機器IPVarchar45非空機器廠商Varchar45字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注模具IDVarchar45主鍵，非空模具名稱Varchar45非空模具顏色Varchar45非空模具狀態(tài)Varchar45非空備注信息Varchar100字段名稱數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度備注產(chǎn)品IDVarchar45主鍵，非空產(chǎn)品名稱Varchar45非空原料型號Varchar45非空備注信息Varchar100 如圖4-4所示，ADO對象包括29：Con

16、nection Object（連接對象）、Command Object（命令對象）、RecordSet Object（記錄集對象）、Field Object（字段對象）、Record Object（記錄對象）、Error Object（錯誤對象）、Parameter Object（參數(shù)對象）、Property Object（屬性對象）和Stream Object（流對象）。其中，最為重要的是Connection Object（連接對象）、Command Object（命令對象）和RecordSet Object（記錄集對象）。， Visual C+ 為ADO 操作提供了庫支持，通過引用，msa

17、do*.dll 庫在應(yīng)用程序里產(chǎn)生了所有ADO Object的聲明和描述，這些聲明同前面介紹的對象名稱相似，但有所不同，以下為最常用的操作對象： _ConnectionPtr：指向Connect 對象的指針。 _RecordsetPtr：指向Recordset 對象的指針。 _CommandPtr：指向Command 對象的指針。 _ParameterPtr：指向Parameter 對象的指針。 FieldPtr：指向Field 對象的指針。 ErrorPtr：指向Error 對象的指針。 PropertyPtr：指向Property 對象的指針。利用上述指針，可以使用4.3.1章節(jié)介紹的所有

18、屬性和方法進(jìn)行數(shù)據(jù)庫應(yīng)用開發(fā)。圖4-5 是一個最典型的ADO 對象使用流程描述 VC+環(huán)境下通過ADO連接MySql數(shù)據(jù)庫，首先得安裝MyODBC服務(wù)器程序，安裝好后，點擊開始菜單設(shè)置控制面板管理工具數(shù)據(jù)源(ODBC)用戶DSN添加選擇MySQL ODBC 5.1 Driver。如圖 然后雙擊MySQL ODBC 5.1 Driver進(jìn)行配置。配置好可以點Test進(jìn)行測試（如圖4-7），如果能連上會彈出connection successful對話框。配置完成后，就可以在VC+環(huán)境中編程來訪問MYSQL數(shù)據(jù)庫了，步驟如下:(1)首先導(dǎo)入ADO類型庫。(2)創(chuàng)建Connection對象并連接數(shù)據(jù)

19、庫 (3) 執(zhí)行SQL語句 如第二章中所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)需求的功能，可以將監(jiān)控系統(tǒng)客戶端軟件分為：通信模塊、用戶管理模塊、客戶端圖形界面三個主要功能模塊。構(gòu)造套接字阻塞等待客戶數(shù)據(jù)Accept()Listen()Create()Receive()處理服務(wù)請求Send()Close()創(chuàng)建套接字Connect()Send()Receive()Close()服務(wù)器客戶機 為了保障企業(yè)生產(chǎn)線的安全性監(jiān)控系統(tǒng)必須具備用戶管理的功能。用戶管理包含兩個方面：1. 用戶信息的管理包括增加用戶、維護(hù)用戶（凍結(jié)賬戶和激活賬戶）、刪除用戶、查詢用戶2. 用戶權(quán)限管理包括增加用戶權(quán)限、刪除用戶權(quán)限、查詢用戶權(quán)限。 如

20、圖5-3為系統(tǒng)的用戶管理界面。用管理員身份登錄后可以進(jìn)入此畫面，在此畫面可以對已注冊的用戶修改登錄密碼、設(shè)定操作權(quán)限。如圖5-3為系統(tǒng)的用戶管理界面。用管理員身份登錄后可以進(jìn)入此畫面，在此畫面可以對已注冊的用戶修改登錄密碼、設(shè)定操作權(quán)限。 本系統(tǒng)使用WPF技術(shù)開發(fā)圖形用戶界面。WPF是微軟公司新一代的圖形界面開發(fā)技術(shù)。它的優(yōu)點是分離了界面設(shè)計人員與開發(fā)人員的工作，圖形界面和邏輯功能分別開發(fā)。圖形界面使用XAML語言描述，邏輯功能可使用VC+、VB等高級語言進(jìn)行開發(fā)。如圖5-4主界面中可以顯示當(dāng)前各機臺的狀態(tài)主界面中所示的的注塑機圖標(biāo)使用了WPF的用戶控件，可顯示注塑機的基本信息。綠色的表示機器

21、處于連線狀態(tài)，灰色的表示斷線。下方的表格中可以顯示各機臺的基本信息。通過用戶控件，系統(tǒng)可以根據(jù)聯(lián)網(wǎng)注塑機的數(shù)量增加或者減少畫面中的圖標(biāo)以及信息在注塑生產(chǎn)過程中，需要實時地獲取每臺注塑機的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，如采樣料筒溫度來判斷熔融原料的穩(wěn)定性，采樣保壓切換位置、剩余量、儲料時間等來判斷產(chǎn)品尺寸以及質(zhì)量的穩(wěn)定性?？蛻舳顺绦蚣瓤梢栽诮缑嫔蠈崟r采樣的數(shù)據(jù)設(shè)定合理偏差范圍來進(jìn)行保護(hù)，還能收集存儲實時數(shù)據(jù)，繪制趨勢曲線。監(jiān)控曲線的實現(xiàn)是開發(fā)工業(yè)監(jiān)控軟件的重要環(huán)節(jié)，它的簡單原理就是根據(jù)傳感器采集上來的數(shù)據(jù)，在計算機中換算成屏幕的不同的點坐標(biāo)，然后把這些點連接成線，當(dāng)然這中間會有很多數(shù)據(jù)的處理工作和繪圖時的美工。0:0023:59600HW6:00250W 在如圖在如圖5-5所示的曲線控件中，所示的曲線控件中，X軸的范圍是時間軸的范圍是時間 0：00-23：59 ，Y軸的范圍是軸的范圍是 0度度-600度。曲線控件的左上角