關(guān)鍵詞：食用油罐區;監控管理系統;貝加萊可編程自動(dòng)化控制器;實(shí)時(shí)數據庫軟件;OPC協(xié)議

　　0 引言

　　東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)東海糧油）是由兩家世界500強企業(yè)——中國糧油食品 （集團）有限公司、美國ADM公司與新加坡KENSPOT公司聯(lián)合，共同投資興建的大型企業(yè)。它是著(zhù)名的“福臨門(mén)”系列食用油的主要生產(chǎn)基地之一，也是全球最大的綜合糧油食品加工基地之一。為了配合國家食用油戰略?xún)溆媱澋膶?shí)施，東海糧油在原有一、二號罐區的基礎上，新建了三號和四號罐區，并還將陸續增建其它罐區，形成龐大的食用油戰略?xún)浠?。所有新建罐區的監控系統目前均采用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化提供的成熟產(chǎn)品——可編程自動(dòng)化控制器PCC—2005系列作為其現場(chǎng)數據采集及控制站。

　　1 監控系統的結構

　　1.1 系統硬件構成

　　如圖1所示，該系統的數據通訊網(wǎng)絡(luò )包括兩層主干通訊網(wǎng)絡(luò )——上層的管理網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）和中層的控制網(wǎng)（高可靠性的冗余光纖環(huán)網(wǎng)）以及底層的現場(chǎng)總線(xiàn)。管理網(wǎng)與控制網(wǎng)通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)的光纖交換機和工業(yè)以太網(wǎng)的電氣交換機連接。若按功能劃分，則該系統可分為數據采集與控制級（I級）和監視管理級（II級）。

　　I級系統以多臺貝加萊的PCC為核心，包括各現場(chǎng)PCC站、中控室監控計算機和碼頭監控系統等設備。各PCC均掛接于控制網(wǎng)（冗余光纖環(huán)網(wǎng)）上，它們與各自的遠程擴展裝置分別通過(guò)POWERLINK、PROFIBUS-DP和CAN等現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現數據交換。

　　II級系統則以系統的數據服務(wù)器為核心，包括兩臺工作站和多臺Web客戶(hù)機和局域網(wǎng)客戶(hù)機。它們均通過(guò)數據交換機接入工業(yè)以太網(wǎng)以實(shí)現數據資源共享。

　　1.2 主干通訊網(wǎng)絡(luò )的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結構

　　整個(gè)罐區的通訊網(wǎng)絡(luò )采用基于TCP/IP協(xié)議以及Server/Client配置方式的分布式體系結構，支持實(shí)時(shí)數據共享和分布式數據庫，易于擴展采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議構建的通訊網(wǎng)絡(luò )平臺，并通過(guò)標準OPC協(xié)議實(shí)現數據服務(wù)器與各PCC之間的數據交換。同時(shí)控制器的各設備供應商均提供以態(tài)網(wǎng)接口，能實(shí)現從底層到最上層的無(wú)縫連接和實(shí)時(shí)、高速的數據傳輸。

　　為了確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的安全性和可靠性，采取了以下措施：

　?。?）在主干通訊網(wǎng)絡(luò )上使用冗余的光纖和電氣交換機，確保了整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò )的可靠性。

　?。?）在數據交換技術(shù)上采用接點(diǎn)帶寬控制、圍欄技術(shù)和流量有序控制技術(shù)，使數據在傳輸過(guò)程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。

　?。?）網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)采用冗余環(huán)行光纖回路，若發(fā)生任意一處光纖介質(zhì)的損壞，通訊路徑仍可以自動(dòng)路由到其它通道，這樣就確保了整個(gè)數據通訊鏈路不會(huì )由于局部損傷而導致中斷。

　　1.3 實(shí)時(shí)數據庫軟件與標準OPC協(xié)議

　　在數據服務(wù)器中裝入實(shí)時(shí)數據庫軟件，通過(guò)標準的OPC協(xié)議采集貝加萊PCC的實(shí)時(shí)數據，以PCC作為OPC server，實(shí)時(shí)數據庫軟件作為OPC client。數據服務(wù)器將采集的數據直接以web 的形式提供給局域網(wǎng)上的各用戶(hù)，各客戶(hù)端能利用標準的IE瀏覽器進(jìn)行數據瀏覽和分析等操作。實(shí)時(shí)數據庫用來(lái)存放原始數據和修正后的數據，來(lái)自該系統中各生產(chǎn)過(guò)程PCC分站的采集數據和手工錄入數據以及修正后的數據，均應保存在實(shí)時(shí)數據庫中。數據服務(wù)器軟件應對各種來(lái)源、各種類(lèi)型的數據進(jìn)行合理組織，以標準化的數據結構存儲于實(shí)時(shí)數據庫中，既應保證數據的完整性和一致性，也應方便數據的查詢(xún)和應用。

圖1 罐區監控系統的硬件結構

　　2 監控管理系統的主要功能及其特點(diǎn)

　　食用油罐區進(jìn)、銷(xiāo)、存數據采集、監控、管理系統，是集成了網(wǎng)絡(luò )信息管理技術(shù)而設計開(kāi)發(fā)的針對不同應用場(chǎng)合的油品儲運計算機監控管理系統，它通過(guò)信息的集成和網(wǎng)絡(luò )化管理實(shí)現了對油品進(jìn)、銷(xiāo)、存的自動(dòng)化監控和管理。在整個(gè)自動(dòng)化監控管理系統中，貝加萊PCC產(chǎn)品的許多功能和優(yōu)勢都得到很好的發(fā)揮。

　　2.1高精度實(shí)時(shí)測量模塊的應用

　　罐內油的工藝參數測量包括液位、溫度、壓力、密度、流量、凈油量等的實(shí)時(shí)數據和趨勢曲線(xiàn)。所有罐體均采用高精度激光雷達液位計進(jìn)行測量液位，再根據罐容表、密度、壓力、溫度等參數計算出罐內油的重量。由于雷達液位計的測量精度可達1mm，普通模擬量輸入模塊的精度不夠，所以選用了貝加萊的AI780高精度模塊，其分辨率可達16bit，而且該模塊的供電方式靈活，可節省硬件成本。

　　針對流量計檢測信號的特點(diǎn)，選用了貝加萊DI450高速計數模塊，準確地獲得了流量測量數據。

　　2.2 PCC的超大內存容量和強大的計算功能

　　這是貝加萊PCC產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。對于計算每個(gè)罐體內油品的重量，過(guò)去常用的方法是通過(guò)PLC采集各相關(guān)參數，上位計算機再根據罐容表進(jìn)行查詢(xún)，并利用相關(guān)公式進(jìn)行計算。由于整個(gè)罐區內共有數百個(gè)罐體，僅罐容表（數據）就有厚厚一打書(shū)，電腦查詢(xún)和計算一遍所需的時(shí)間很長(cháng)，經(jīng)常造成計算機死機。該系統采用在PCC中開(kāi)辟內存，把罐容表中的各項數據直接寫(xiě)入PCC的FIXROM中，根據實(shí)際檢測到的液位參數，使用動(dòng)態(tài)指針直接查詢(xún)罐容表，再按照有關(guān)公式即可立即計算出油品重量，上位計算機只需實(shí)時(shí)顯示即可。整個(gè)過(guò)程可在毫秒級內完成，這極大地減輕了上位計算機的計算任務(wù)，使整個(gè)監控系統的實(shí)時(shí)性大大提高。

　　2.3 方便、靈活的I/O擴展方式

　　整個(gè)罐區（1#～4#）的PCC均采用了擴展I/O配置方式。如比較常用的遠程I/O擴展方式，以及貝加萊致力推廣的POWERLINK總線(xiàn)擴展方式。

　?。?）遠程I/O擴展方式：最大距離為1200m，擴展站的數目最多可達31個(gè)遠程從站，傳送速率在100k～2M Band之間，成本低廉，結構簡(jiǎn)單，通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)即可連接。

　?。?）ETHERNET POWERLINK總線(xiàn)擴展方式 （采用B&R的快速以太網(wǎng)協(xié)議），完全建立在標準快速以太網(wǎng)上，因此它完全符合標準以太網(wǎng)的拓撲結構和物理特性。它的傳輸速率最高為100Mbps，使用帶RJ45插頭的標準雙絞線(xiàn)電纜（超五類(lèi)電纜）連接。網(wǎng)段長(cháng)度為100m，支持星型和樹(shù)狀結構。

　　2.4 強大的通訊功能

　?。?）PROFIBUS-DP主要用于自動(dòng)化系統的主控設備與分散的I/O和控制裝置之間的數據通信。它能實(shí)現控制底層的較高速度的數據傳輸，主站周期地讀取從站的信息并向從站發(fā)送信息。碼頭監控系統的PCC通過(guò)PROFIBUS—DP現場(chǎng)總線(xiàn)與和六套托利多的稱(chēng)量?jì)x表進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)采集每次稱(chēng)量的重量和累計重量，并進(jìn)行稱(chēng)量值的實(shí)時(shí)趨勢分析，以控制管道閥門(mén)的開(kāi)閉和油泵的啟停。

　?。?）通過(guò)RS485串口進(jìn)行數據通訊。在PCC站中配置RS485通訊卡，它與布勒打包稱(chēng)的稱(chēng)重終端進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通訊，實(shí)現數據采集。

　?。?）UDP /TCP協(xié)議。UDP和TCP協(xié)議的主要區別是兩者在如何實(shí)現信息的可靠傳遞方面有所不同。TCP協(xié)議中包含了專(zhuān)門(mén)的傳遞保證機制，當數據接收方收到發(fā)送方傳來(lái)的信息時(shí)，會(huì )自動(dòng)地向發(fā)送方發(fā)出確認信息，發(fā)送方只有在接收到該確認信息后才能繼續傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止。與TCP不同，UDP協(xié)議并不提供數據傳送的保證機制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過(guò)程中出現數據報文的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱(chēng)為不可靠的傳輸協(xié)議。

　　在整個(gè)罐區監控系統中的1#～4#罐區子系統，它們既是各自獨立又是互為連鎖的，為此，各套PCC站的CPU之間需要通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)保持雙向數據通訊。該系統采用了TCP/IP協(xié)議和UDP報文協(xié)議，較好地實(shí)現了不同罐區之間的倒罐和碼頭遠程啟/停泵等功能。

　　2.5 豐富的罐區動(dòng)態(tài)功能畫(huà)面

　　為了給該系統的操作和管理人員提供便于監視和操作的人機界面，該系統設計并組態(tài)了數十幅動(dòng)態(tài)功能畫(huà)面，其中某些主要畫(huà)面示例如下：

圖2 油罐區畫(huà)面
 


圖3 油泵房畫(huà)面
 


圖4 油罐區閥門(mén)畫(huà)面
 


圖5 裝車(chē)臺畫(huà)面
 


圖6 罐容表操作畫(huà)面
 


圖7 進(jìn)出油操作管理畫(huà)面

　?。?）當發(fā)生罐或管道泄露、油位超限、水位超限、可燃氣體超標等異常狀況時(shí)，發(fā)出聲光報警信號。

　?。?）該系統集成了各種控制功能，如油罐進(jìn)/出油操作與液位之間的聯(lián)鎖、泵與閥門(mén)的聯(lián)鎖控制和報警系統等。

　?。?）配備了開(kāi)放型接口，可以與現有的及最新的各種罐區測量系統連接，并可利用標準網(wǎng)絡(luò )技術(shù)擴展系統 。

　?。?）可進(jìn)行油罐庫存歷史數據查詢(xún)，并顯示其歷史趨勢曲線(xiàn)，還可根據歷史數據完成各種統計和計算，如歷史庫存量、進(jìn)出油量等。

　?。?）可實(shí)現油站進(jìn)貨管理、庫存管理、銷(xiāo)售管理和客戶(hù)管理。

　?。?）利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可進(jìn)行遠程訪(fǎng)問(wèn)，對數據訪(fǎng)問(wèn)者有登錄權限管理，保證了系統的信息安全和可靠。

　　3 結束語(yǔ)

　　運行實(shí)踐表明，以貝加萊PCC—2005系列可編程自動(dòng)化控制器為主構建的東海糧油食用油罐區監控管理系統，具有全開(kāi)放、可靠性高、安全性好、計算速度快、通訊功能強大和監視操作畫(huà)面豐富等優(yōu)點(diǎn)，全面達到了設計指標，完全滿(mǎn)足了食用油罐區監控管理的工藝要求。

　　參考文獻：

　　[1]齊蓉《可編程計算機控制器高級技術(shù)》，西北工業(yè)大學(xué)出版2000。

　　[2]貝加萊工業(yè)自動(dòng)化軟件及硬件技術(shù)手冊，2001