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轮胎硫化监控系统
[正文]:１．概述 硫化监控系统是指硫化监控软件、带触摸屏的工业计算机及与可编程控制器(plc)相连接的通讯电缆的总和，其核心是硫化监控软件。
它完全代替了三针指示记录调节仪、触摸显示屏及大部分轮胎硫化质量监控管理工作。
硫化监控系统通常并不代替plc实施对轮胎定型硫化运行过程的具体控制，而是对plc的运行过程控制进行组态配置、记录归档、分析成品轮胎质量并实时修改过程的组态参数 、提高轮胎的硫化过程控制质量、记录轮胎硫化参数用于事后追溯质量责任及原因，将记录数据进行统计形成报表及相应的办公自动化预处理。
随着人们对轮胎硫化质量监控要求的不断提高，对硫化机实时控制过程本身的要求也在不断提高。
特别是过程控制智能化及工厂网络化对生产调度、质量控制管理的要求，使得硫化监控系统得到了广泛的应用、并逐渐成为硫化机控制不可缺少的监控核心。
参见下面的‘plc控制结构图’和‘硫化监控局域网’示意图：
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无论是对于硫化机设计制造厂的控制系统设计人员、还是对于硫化机使用者来说，硫化监控系统的设计都是一个值得研究和探讨的课题。
它的关键在于从传统的plc 编程设计到工业计算机的程序设计的扩展，用通常计算机的操作及显示方式来表达人们早已习惯的硫化操作及控制接口，以及传统硫化控制所没有的部分、如：代替三针指示记录仪所记录的硫化曲线图的绘制形式、记录存储在计算机中的方式(如：用顺序文件、或数据库文件等) ；对于轮胎硫化过程控制工艺参数的设置、以及硫化过程记录数据的处理、质量分析及输出方式等。
既然硫化监控系统是当前和今后较长一段时间内、硫化过程控制不可缺少的监控核心，有必要对其软件设计进行探讨和分析，使得硫化监控系统设计更加适应用户的要求。
在硫化监控系统软件设计工作中，编程语言的选择是关键问题。
我们知道当前计算机的主流操作系统是微软的视窗操作系统，运行于该系统上的软件可用工业组态软件、vb6、vc6、以及微软最新推出的.net等语言，其中.net包含有vb.net、c++.net和 c#.net。
当前使用的编程语言多为vb6，它具有运行可靠和开发速度快的特点，但随着计算机硬件的不断更新换代，操作系统也在不断升级换代，微软推出以.net框架为基础的新一代编程语言，具有与其它语言兼容性更强的公共语言库、以远程处理技术支持的全面网络编程能力、以及由于其自身与操作系统隔离的委托方式所带来的、向未来不同操作系统移植的潜在能力等诱人前景，因此硫化监控应采用vb.net语言编写。
２．功能模块的设置与组织 硫化监控软件设计的重点首先是透彻地分析其功能模块的设置与组织，它的主要功能模块是保证pc与plc之间能够可靠地实时地进行数据交换处理的通讯模块、实时记录硫化过程参数的数据库模块、直观反应硫化过程的曲线图象处理模块、轮胎硫化的质量报警监测及统计模块、打印输出模块等等，其组织形式见‘程序组织结构图’：
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３．通讯模块 通讯模块是软件构成的基础、它负责从实时控制的plc采集硫化过程的全部数据、向plc传送过程配制参数如硫化工艺参数、报警控制参数、机械运动控制参数。
pc向plc传送的数据放置在写缓冲区、从plc接收的数据放置在读缓冲区，软件中的其它处理模块只管从读写缓冲区中读写需要的数据，就像它们直接从plc读写数据一样、而不关心缓冲区与plc的数据交换过程。
缓冲区中的所有数据不可能在一个通讯帧内完成与plc的交换，因为帧的长度是有限的。
因此必须将读写缓冲区分为若干个读写帧，一帧接一帧地进行连续循环的通讯、以保证pc缓冲区数据能够与plc数据实时对应。
通常，读写缓冲区按通讯帧所允许的数据量划分出的读写帧的个数较多，使得通讯帧的循环周期过长、为保证参数的采集和指令执行的实时性和可靠性、需要将这些较少的、实时性高的数据划分为快速读写帧、按指定的时间间隔插入正常通讯的帧循环中，因此实用的通讯应是由慢速帧和快速帧所组成，见‘通讯流程图’： 由于pc与plc之间完成一个帧的通讯过程需要牵涉到通讯硬件的事件，当硬件出现故障时主线程会被暂时阻塞，从而影响整个软件运行的可靠性，因此应将一个帧的通讯过程分离为独立的线程或独立的进程。
如果用增加线程的方法来分离一个帧的通讯过程，虽然可以基本消除通讯故障产生的主线程运行迟滞现象，但运行速度并不会因此而提高多少。
较理想的办法是将一个帧的通讯过程做成一个独立进程，这个进程可称之为通讯服务进程，利用.net远程处理技术并按帧通讯格式制作服务器对象与主程序连接。
实际上独立通讯服务进程能够保证主程序安全可靠运行而不受通讯过程的影响、并且通讯服务进程本身又能方便地扩展与不同plc之间的通讯。
见‘远程处理示意图’：
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４．数据库模块 数据库模块是监控软件的核心模块，它负责建立数据库、向数据库执行读写操作及数据库维护。
在数据库程序模块中数据库可分为两类，一类是静态的、另一类是动态的。
静态数据库用于存储如硫化工艺、常规控制参数等，由[硫化工艺表] 、[机器控制参数表] 、[操作配制表] 、[用户管理表] 等若干张表组成，整个监控软件只需要一个这样的数据库，虽然数据库中每张表中的记录都可随时更改或增减记录，但每张表的最大记录数都没有限制，因此该数据库的容量被看作无限的、静态的；动态数据库用于存储实时的硫化热工参数、轮胎硫化信息及硫化过程报警记录等、它由[硫化记录] 表、[硫化信息] 表、[报警记录] 表等若干张表组成，每张表大约存储六十万条记录、并且每天产生一个这样的数据库、不同机台、不同日期的这一数据库是不同的，因此它的名称通常以机台号和日期联合命名、具有动态性。
由于硫化机在操作及维护过程中不可避免地会出现异常断电的情况，这对正在进行读取操作的数据库有很大的破坏作，为此开机时需要对数据库进行检查、若数据库有损坏应调用修复程度进行修复、以保证程序的运行正常和记录的完整性。
关于数据库的数据来源及与其它程序模块的关系参考下图‘数据库模块’：
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５．曲线图象处理模块 曲线图象处理模块是软件核心的重要组成部分，它的基本功能包括：显示左右内外温、内外压曲线，而这些曲线应可按传统的类似三针记录仪的圆盘图、直角座标图方式显示，除了当前的曲线显示外还显示查寻的某个历史记录的曲线方式显示。
对于历史记录曲线的绘制不论是圆盘图还是直方图都可一次性全部绘制，但对于实时曲线的绘制而言情况有所不同，这是由于实时记录数据在不断地定时增加，如果每次记录数据增加都重新生成全部曲线、那么将使计算机的运算量急剧增加、计算机的操作反应速将慢得难以容忍。
另外当前圆盘图的显示都受到显示画面大小的限制、为了能更好地看清记录曲线通常园盘图是需要放大的，而如果每次放大缩小或移动曲线的可视部位也都重新生成全部曲线，那么操作反应速将慢得难以容忍。
由于曲线绘制的上述要求因此需要对曲线图形绘制程序做特殊处理，首先对于直方图来说需要三张底板第一张用于绘制刻度底格线，第二三张底板动态地作为当前底板和后备底板，在每个采样间间隔内仅画出每条曲线的相应一段直线，若当前底板和后备底板都画满时，清空后备底板并把它改为当前底板，而把原当前底板改作后备底板。
显示时先将当前底板和后备底板拼接起来，然后从当前所画线段开始处为起始位按显示界面所需大小剪取并与刻度底格线底板叠加映射到显示屏幕上，每个采样定时内仅需一系列从已绘曲线底板到屏幕的映射处理。
另外为彻底消除显示的视觉抖动，可在最后映射前增加一个显示缓冲板，参见‘曲线绘制示意图’：。
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对于当前圆盘图也应设置二块底板，一块用于绘制刻度底格线，另一块绘制实时硫化曲线，与直角座标图相同每个采样时间隔内仅画出每条曲线的相应一段直线，但应注意圆盘图底板大小应是显示的大小乘以最大放大倍数，最后将刻度底板与硫化曲线底板叠加后按所需比例映射到显示屏幕上，同样每个采样定时内仅需一系列从已绘曲线底板到屏幕的比例映射处理。
当操作者改变曲线显示缩放倍数、或触摸圆盘曲线移动时，圆盘曲线图象处理程序仅需按触摸位置、移动量及缩放倍数进行比例映射，而无需重绘曲线，从而极大地提高了显示操作速度如下图所示：。
另外硫化曲线的绘制还应注意几点：①必须在曲线旁标识完整的轮胎硫化信息(轮胎代号、工艺代号、操作者代号等) 和相应的报警标识；②曲线的显示刻度范围应可由操作者调整；③每条曲线的颜色及隐藏与否应可用操作者选择 。
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６．报警监测与控制 报警监测与控制就是根据预先设置好的工艺参数、与定时采样的硫化参数进行比对并做出报警判断的过程，对于经过判断而产生的报警应立即进行声光报警、以提示操作者采取必要措施，同时应即时存入数据库备查；另一面当在一个硫化过程如果发生过报警、就必须通知plc阻止排胎过程和后续装胎过程、直到操作者查明原因并排除故障后方可解除。
报警的显示也类似于硫化曲线的显示分为当前报警和历史报警，当前报警记录应以环形队列保存、队列长度约20000条记录为宜，分页显示全部当前报警，每页显示18至20条记录即可。
报警记录的基本内容应包括 ：轮胎代号、报警项目、报警时间、最大值、最小值、持续时间、机器状态。
历史报警记录的显示方式与当前报警相同，不同点是在于记录查录，记录查录不仅可按年月日、更重要的是应可按记录的内容排序查寻，因为这样才能最快查找出产生报警的故障根源。
为了更好地分析故障原因还应对报警记录进行统计，并按轮胎代号与内容列出报表显示或打印 。
应该特别指出报警监测的实现需要大量的判断参数，而这些参数是根据用户要求输入并存于硫化工艺数据库中的，它对硫化工艺的依赖性很大。
由于每个用户的硫化工艺不尽相同、因此硫化报警监控程序模块因不同用户有较大区别 。
７．打印输出 硫化监控必须有打印输出功能，为使编程代码简洁及显示与打印一致、就必须使硫化曲线显示、报警显示及报表显示程序块具有极强的通用性。
由于vb.net具有的强大编程功能，诸如打印机设置、打印纸设置、打印预览等功能是比较方便实现的，可实现对报警报表可不限页数地同时分页预览（可放大5倍预览），然后打印；自动识别打印机的分辨率、以打印机的最高分辨率生成打印文件，保证获得最佳的打印效果。
参见下列打印预览图：
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８．其它 一个完整的硫化监控软件还必须具有相应的辅助功能程序块，为保证硫化监控系统的安全需要对操作者的操作进行受权，并对受权进行管理因此必须有用户管理程序；为使显示界面能在不同环境亮度下更好地满足操作者的视觉要求，需要背景图案及背景颜色管理程序；为满足用户对硫化记录数据的统一管理要求，还需要文件移动复制程序。
总之硫化监控软件还处在不断完善发展过程中，不同用户也各有特殊要求，但只要把握好上述基础性的功能程序设计，硫化监控软件就能够促进轮胎硫化质量的提高。
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