1 前言

    許昌卷煙廠(chǎng)“九五”制絲線(xiàn)中控監控系統設計于2000年，并于2001年12月投入使用，是當時(shí)先進(jìn)的制絲工藝的代表。然而隨著(zhù)煙廠(chǎng)的擴大、技術(shù)的發(fā)展及新的工藝標準的推廣，原系統已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際的生產(chǎn)要求，限制了煙廠(chǎng)的生產(chǎn)發(fā)展。

    1.1原網(wǎng)絡(luò )結構存在的問(wèn)題

    由于原系統網(wǎng)絡(luò )采用C/S結構，且當時(shí)技術(shù)上的限制，系統中存在數據量集中，系統負荷不均勻等特點(diǎn)。

    1.2原監控系統介紹

    原設計的監控系統是由IFIX 2.6開(kāi)發(fā)的，其組成部分是：① 4臺集中監控機，分別為：葉片線(xiàn)、葉絲線(xiàn)、摻配加香線(xiàn)和梗絲線(xiàn)；② 11臺段控機分別為：葉片段、葉絲一線(xiàn)、葉絲二線(xiàn)、摻配加香線(xiàn)、一樓送絲線(xiàn)、二樓送絲線(xiàn)、HXD線(xiàn)、梗預處理、梗絲一線(xiàn)、梗絲二線(xiàn)和香料廚房；③ 2臺I/O服務(wù)器IOSVR1和IOSVR2組成。其中，I/O服務(wù)器與PLC建立連接，并組成主備份節點(diǎn)，其他除HXD外的監控機通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)I/O服務(wù)器建立起與PLC的連接，HXD是葉絲二線(xiàn)的烘絲段，它是作為SCADA，自己連接PLC，葉絲二線(xiàn)或其他需要訪(fǎng)問(wèn) HXD數據的客戶(hù)端是通過(guò)遠程訪(fǎng)問(wèn)該節點(diǎn)來(lái)顯示和控制HXD數據的。其結構如圖1所示。該C/S結構模式使冗余I/O服務(wù)器成為整個(gè)系統的一個(gè)瓶頸。


    為了解決該系統現存問(wèn)題，并且能夠將現代企業(yè)生產(chǎn)管理思想、理念引入企業(yè)生產(chǎn)管理，對企業(yè)生產(chǎn)管理流程進(jìn)行重組和優(yōu)化，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)管理水平的提高，實(shí)現工廠(chǎng)生產(chǎn)的“數字化”，提高企業(yè)的市場(chǎng)競爭力。許昌卷煙廠(chǎng)“九五”制絲線(xiàn)中控監控系統改造項目對我方提出了具體的要求。

    2 系統總體設計

    2.1 總體結構設計思想

    由于現在是所有的監控機和上位管理系統都通過(guò)IO服務(wù)器進(jìn)行數采，這樣不僅增加IO服務(wù)器的負擔，同時(shí)當服務(wù)器出現故障時(shí)，監控系統將不能再正常工作，直接影響車(chē)間的正常生產(chǎn)，改進(jìn)后的系統結構為每個(gè)監控機單獨與PLC直接通訊，同時(shí)準備兩臺個(gè)備用機，備用機上有各個(gè)監控系統的備份，當某臺或者幾臺監控機出現故障時(shí)，啟用備份機上的監控系統來(lái)進(jìn)行組織生產(chǎn)，而IO服務(wù)器主要用來(lái)為上位機管理系統提供數采服務(wù)。

    2.2 功能設計

    中控監控系統要具備生產(chǎn)管理、過(guò)程監視、數據管理、系統管理、監控發(fā)布等功能，其具體功能 要求如下圖所示。其中具有黃色背景的功能只有中控室監控機需要具備。


    3 項目具體實(shí)施

    3.1 監控軟件的選擇

    監控軟件仍使用GE 的Proficy iFix軟件，I/O 驅動(dòng)器由原來(lái)的S_7升級到SI7。只是將軟件版本由原來(lái)的iFix 2.6中文版升級到iFix 4.5中文版。仍采用IFIX軟件主要是基于三點(diǎn)考慮：

    3.1.1 信息的可移植性

    由于本次電控方面只是小部分改造，原系統的大部分設備信息和操作方式并未作出修改，因此圖形界面開(kāi)發(fā)時(shí)可以重用原系統中未作出修改的部分，原系統數據塊也可導出來(lái)，直接導入到新的系統中，這樣就大大減少了開(kāi)發(fā)初期的工作量。

    3.1.2 結構的靈活性

    使用IFIX軟件，可以方便的配置冗余節點(diǎn)，只需要對iFix的SCU作出配置，系統搭建后，也可以通過(guò)修改SCU的相應配置來(lái)改變系統結構。

   3.1.3 功能強大

    IFIX中具有數據庫管理器、閥值表、標簽組、歷史數據配置和VBA編程等工具，為界面開(kāi)發(fā)提供了很好的幫助。
數據庫管理器。數據庫管理器可以查看本地或遠程節點(diǎn)內已經(jīng)建立好的所有數據塊信息，這些數據塊以行為單位顯示出來(lái)，方便用戶(hù)對標簽進(jìn)行排序，查詢(xún)，添加刪除等操作，而且數據塊可以在本地和遠程節點(diǎn)數據庫之間進(jìn)行復制和粘貼操作。數據庫還具有導入導出功能，導出后的數據庫存為CSV文件，可以以EXCEL的方式打開(kāi)，便于批量創(chuàng )建、修改或刪除數據塊信息。

    閥值表。閥值表可以在不同屬性之間建立起對應關(guān)系。比如可以將INT型數據與顏色之間建立對應關(guān)系。畫(huà)面上的元素，可以在動(dòng)畫(huà)配置里調用閥值表，將數據源的值與顏色對應起來(lái)。利用閥值表利于維護，當需要修改對應關(guān)系時(shí)，只要修改閥值表即可。

    標簽組。標簽組可以建立符號和真實(shí)標簽的對應，其功能類(lèi)似于閥值表。通過(guò)建立標簽組，就可以利用過(guò)一個(gè)畫(huà)面來(lái)完成多個(gè)類(lèi)似過(guò)程的控制。比如貯柜信息的顯示等。利用標簽組可簡(jiǎn)化工程項目，增加工程的靈活性，便于后期維護。

    歷史數據配置。iFix軟件具有專(zhuān)門(mén)的歷史數據配置工具，不僅可以定義本地節點(diǎn)所需采集的數據，也可以定義遠程節點(diǎn)的數據。分組配置歷史數據的思想便于用戶(hù)對不同的數據配置具有針對性的采集模式。

    VBA后臺編程。iFix內嵌VBA后臺，可充分擴展iFix的功能。開(kāi)發(fā)人員可以像在VB中編程一樣，在IFIX中添加窗體或調試自定義腳本來(lái)完成一些復雜操作。iFix不僅自帶很多控件，也可通過(guò)安裝VB組件來(lái)加載VB中的控件。

    3.2 監控系統結構搭建

    為了減輕I/O服務(wù)器的負擔，同時(shí)實(shí)現管理數據采集和控制的分開(kāi)，對監控系統的結構做出了這樣的搭建方案：
中控室的四臺監控機、兩臺備份機和I/O服務(wù)器均為SCADA端，可獨立訪(fǎng)問(wèn)PLC。其中，服務(wù)器不具備監控功能。服務(wù)器與中控室的各個(gè)監控機分別組成主備節點(diǎn)，為現場(chǎng)工作站提供數據服務(wù)。HXD不做出改造。圖3為監控系統結構設計圖。


    如圖中所示，I/O服務(wù)器和葉片SCADA組成主備節點(diǎn)，為現場(chǎng)葉片段提供數據服務(wù)；I/O服務(wù)器和葉絲SCADA組成主備節點(diǎn)，為現場(chǎng)葉絲一線(xiàn)和葉絲二線(xiàn)提供數據服務(wù)；I/O服務(wù)器和混絲SCADA組成主備節點(diǎn)，為現場(chǎng)摻配加香段、一樓送絲和二樓送絲提供數據服務(wù)；I/O服務(wù)器和梗絲SCADA組成主備節點(diǎn)，為現場(chǎng)梗預處理段、梗絲一線(xiàn)和梗絲二線(xiàn)提供數據服務(wù)；香料廚房和除塵只訪(fǎng)問(wèn)I/O服務(wù)器。

    3.3 主要功能的實(shí)現

    3.3.1 過(guò)程監視

    集中監視

    在集中監視畫(huà)面上，按生產(chǎn)流程將主設備、輔連設備和各測控點(diǎn)畫(huà)出，顯示主設備像滾筒回潮機、加料機、烘絲機和流冷機等的運行狀態(tài)及其相關(guān)參數。為貯柜滑架及布料車(chē)配置了動(dòng)畫(huà)顯示效果。對于每一段都有一個(gè)全線(xiàn)所有電機信息圖。圖4為葉片線(xiàn)的集中控制畫(huà)面。


    單機設備信息

    為主要設備，像回潮筒、加料機、烘絲機等設備開(kāi)發(fā)了單機設備圖，在圖中有該設備的詳細信息、動(dòng)畫(huà)效果及管路圖，用來(lái)反映主要單機設備的運行狀況、設備參數和工藝參數等。

     貯柜信息

    貯柜信息主要顯示煙牌信息、貯柜進(jìn)出料量、電機運行狀況，布料車(chē)運行方向等。

     網(wǎng)絡(luò )故障診斷

    將相應生產(chǎn)線(xiàn)上的所有連網(wǎng)設備在畫(huà)面上表示出來(lái)，為其配置動(dòng)畫(huà)效果來(lái)表示設備是否掉線(xiàn)，方便故障查詢(xún)。

    3.3.2 生產(chǎn)控制

    讀取生產(chǎn)計劃及下發(fā)參數

    為每臺監控機安裝Oracle 10.0g的客戶(hù)端，且安裝VB組件。配置數據庫客戶(hù)端，使其與服務(wù)端相連。建立生產(chǎn)控制畫(huà)面，如圖5所示。


    畫(huà)面中，利用分層顯示將三個(gè)生產(chǎn)單元的信息集中在一起。生產(chǎn)計劃用MsFlexGrid控件來(lái)顯示。生產(chǎn)中的計劃背景為綠色，準備生產(chǎn)的計劃背景為白色。當點(diǎn)擊某條計劃時(shí)，其背景顏色更改為藍紫色，并且在下面的配方參數和啟動(dòng)參數列表中顯示相應的參數信息。配方參數和啟動(dòng)參數信息顯示在DataGrid控件中。讀取計劃、下發(fā)配方參數、下發(fā)啟動(dòng)參數、生產(chǎn)開(kāi)始、生產(chǎn)結束這些功能都是通過(guò)VBA編程來(lái)實(shí)現的。

    控制生產(chǎn)

    控制生產(chǎn)即，可以完成設備的啟動(dòng)和運行。點(diǎn)擊圖5中的組合啟動(dòng)和停止可以啟動(dòng)和停止相應生產(chǎn)段的設備。

    3.3.3轉柜信息記錄

    轉柜信息記錄是專(zhuān)為混絲段增加的一個(gè)功能，這是因為只有混絲段可以進(jìn)行貯柜之間轉柜操作，由于這些操作比較頻繁，且隨各種條件影響比較大，不適合做生產(chǎn)計劃。由于無(wú)法調用計劃，使得轉柜后目的柜沒(méi)有批次信息，影響操作。

    為了解決轉柜時(shí)的這些缺點(diǎn)，并且記錄下這些轉柜信息，在混絲一線(xiàn)和混絲二線(xiàn)處新增了一個(gè)是否是直接轉柜信號和直接轉柜啟動(dòng)按鈕。當用戶(hù)選擇直接轉柜信號時(shí)原有組合啟動(dòng)按鈕不可用，否則直接轉柜按鈕不可用。直接轉柜時(shí)，記錄源柜的號碼、批次、煙牌等信息及目的柜號到數據庫，并將源柜批次等信息寫(xiě)入目的柜相應地址。


    3.3.4 系統管理

     安全管理及操作信息記錄

    啟用安全配置，并在SCU用戶(hù)管理中添加一個(gè)名為user1的用戶(hù)，設置其為超級用戶(hù)，在自動(dòng)登錄節點(diǎn)中選擇該iFix的本地節點(diǎn)，并以GUEST用戶(hù)登陸。設置啟動(dòng)畫(huà)面，并以運行模式登陸。


    上圖的用戶(hù)登陸窗口是在VBA中創(chuàng )建的。在登陸窗口中，操作工輸入用戶(hù)名（其用戶(hù)和密碼是在MES系統中的用戶(hù)管理中設置的），當輸入結束后，程序會(huì )去查詢(xún)數據庫中是否有此用戶(hù)，如果沒(méi)有，則會(huì )報錯。如果此時(shí)與數據庫連接不上，則會(huì )彈出允許本地登錄的窗口，從而避免了因無(wú)法與數據庫連接而無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)操作。輸入用戶(hù)名和密碼，點(diǎn)擊確定，后臺程序會(huì )將用戶(hù)信息與數據庫中的信息進(jìn)行比對，從而檢驗是否是有效用戶(hù)。成功登錄時(shí)，程序會(huì )將該操作員的信息及登錄時(shí)間寫(xiě)入數據庫中。在該用戶(hù)系統退出時(shí)，程序會(huì )將該操作工退出系統的時(shí)間更新到數據庫中。下圖即為退出系統窗口，也是在VBA中自定義的窗體。


    4 總結

    改造后的監控系統，在結構方面，分散了網(wǎng)絡(luò )中的數據擁擠現象；消除了由服務(wù)器帶來(lái)的瓶頸效應；降低了由于某臺機器，尤其是服務(wù)器的意外故障而帶來(lái)的無(wú)法正常生產(chǎn)的風(fēng)險性；實(shí)現了數據采集和控制的分開(kāi)。

    在生產(chǎn)監控方面，操作工的信息需要在MES系統進(jìn)行維護，實(shí)現了管理系統和監控系統的有機結合；為每個(gè)生產(chǎn)單元都設置一套對應的控制界面，其計劃列表里不同生產(chǎn)狀態(tài)的計劃背景顏色不同，便于操作工區分，點(diǎn)擊生產(chǎn)開(kāi)始按鈕時(shí)彈出的提示框增加了圖片提醒，不僅醒目，也十分美觀(guān)，大大增加了下發(fā)批次時(shí)的無(wú)誤性，提高了生產(chǎn)效率；操作工啟動(dòng)設備時(shí)，會(huì )彈出確認窗口，增加了保險