昆船技術(shù)中心中控系統所 徐 瑾

    摘要：本文詳細介紹了iFIX軟件在煙草制絲線(xiàn)的集成應用，對軟件本身的特點(diǎn)進(jìn)行了較深入的分析。結合在青島卷煙廠(chǎng)制絲車(chē)間的項目，詳細描述了用iFIX監控軟件構建的集中監控系統的技術(shù)架構及在實(shí)際項目當中所應用到的各種異構系統的信息集成方式。

    關(guān)鍵詞：異構系統；信息集成；集中監控系統

    1 項目背景

    近幾年，隨著(zhù)自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化和管理信息化的結合已成為工業(yè)控制系統的發(fā)展趨勢。

    在青島卷煙廠(chǎng)易地技術(shù)改造項目中，青島卷煙廠(chǎng)將在新建聯(lián)合工房?jì)冉ㄒ粭l完整制絲生產(chǎn)線(xiàn)，其中包括一條葉片線(xiàn)、兩條葉絲線(xiàn)、一條梗線(xiàn)、一條梗絲線(xiàn)、一條混絲線(xiàn)及新建一個(gè)片煙配方庫、一個(gè)成品煙絲庫、新建一套香料廚房系統、一套異味處理系統、一套集中除塵系統輔助生產(chǎn)操作。為了現實(shí)制絲線(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)和高度的集中控制管理，青島卷煙廠(chǎng)需要建設一套適合青島卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)和管理要求的制絲線(xiàn)自控及集成管控一體化系統。

    2 項目需求

    青島卷煙廠(chǎng)自2006年異地搬遷之后，在新的制絲生產(chǎn)線(xiàn)上，新增MES、振動(dòng)監測、Web發(fā)布、制絲車(chē)間底層控制等多個(gè)控制系統。其中底層控制系統既有AB的PLC，也有西門(mén)子的PLC，是多種類(lèi)型控制系統混合存在的。為了實(shí)現將青島制絲車(chē)間各異構系統信息集成，要求實(shí)現多種通訊協(xié)議的共存、不同數據庫的相互訪(fǎng)問(wèn)、不同應用軟件之間有必要的接口能夠實(shí)現數據交互。

    異構集成系統不僅可實(shí)現車(chē)間層與企業(yè)戰略層及現場(chǎng)執行層的縱向信息集成，還可實(shí)現車(chē)間之間各子系統的橫向信息集成，實(shí)現了真正意義上的信息集成與共享，可滿(mǎn)足企業(yè)處理大量個(gè)性化市場(chǎng)信息的需要。

    3 解決方案簡(jiǎn)介

    青島制絲線(xiàn)集中監控系統首先是設備控制系統的圖形化體現和生產(chǎn)管理系統與生產(chǎn)控制系統的交互層。集中監控系統以I/O服務(wù)器為核心，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )將制絲線(xiàn)各生產(chǎn)線(xiàn)的主控PLC、各個(gè)控制段以及單機控制系統的主控PLC和I/O服務(wù)器連接起來(lái)，實(shí)現方便快捷的數據交換，并最終由I/O服務(wù)器將采集的數據提供給車(chē)間數據庫服務(wù)器、監控計算機、現場(chǎng)操作查詢(xún)終端進(jìn)行集中監控和信息查詢(xún)，同時(shí)通過(guò)Web服務(wù)器將生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)時(shí)監控信息發(fā)布到廠(chǎng)級管理部門(mén)，便于整個(gè)煙廠(chǎng)的相關(guān)部門(mén)都能夠方便快捷的實(shí)時(shí)獲取制絲線(xiàn)的生產(chǎn)信息，了解生產(chǎn)進(jìn)度和協(xié)調生產(chǎn)過(guò)程，徹底消除制造環(huán)節的“信息孤島”；集中監控系統的根本目的是對生產(chǎn)過(guò)程以圖形化的方式進(jìn)行監視和控制；是實(shí)時(shí)過(guò)程數據信息的可視化網(wǎng)關(guān)；是設備控制系統、車(chē)間振動(dòng)監測系統、生產(chǎn)管理系統和廠(chǎng)級MES系統之間的信息集成粘合劑，是各個(gè)控制子系統信息集成的信息匯合點(diǎn)。

    整個(gè)集中監控系統的層次定位如圖1所示。

                  
                                   圖1  集中監控系統功能定位
    3.1 集中監控系統技術(shù)架構

    整個(gè)集中監控系統的技術(shù)架構在設計上分為4個(gè)層次：1）應用層；2）平臺層；3）數據服務(wù)層；4）通訊服務(wù)層。

    其中通訊層位于設備控制系統系統、生產(chǎn)管理系統、廠(chǎng)級MES系統和數據服務(wù)層之間，主要完成底層I/O通訊、工業(yè)以太網(wǎng)通訊、過(guò)程數據采集和與其它業(yè)務(wù)系統的接口數據交換等功能。

    通過(guò)通訊層來(lái)實(shí)現實(shí)施數據、業(yè)務(wù)數據在各個(gè)系統中的交互。

    整個(gè)集中監控系統的技術(shù)架構如圖2所示。
                    
                                圖2  集中監控系統的技術(shù)架構
    為實(shí)現青島卷煙廠(chǎng)制絲車(chē)間全面有效整合企業(yè)資源，使企業(yè)運行控制、數據資源服務(wù)、監控和管理有效的統一起來(lái)，并具備易于維護、方便調整和靈活配置的特點(diǎn)。

    3.2 iFIX技術(shù)優(yōu)勢

    考慮到整個(gè)集中監控系統的可集成性、可擴展性和通用性的設計原則，綜合分析比較了國際上流行的幾大HMI/SCADA軟件平臺，GE智能平臺提出了使用iFIX監控軟件建立集中監控系統來(lái)構建網(wǎng)絡(luò )協(xié)同集成子系統，專(zhuān)門(mén)用來(lái)進(jìn)行車(chē)間級各異構系統的信息集成。

    iFIX是基于Windows平臺上的功能強大的自動(dòng)化監視與控制的軟件解決方案，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
   
    ◇ 開(kāi)放性

    iFIX集成微軟的VBA(Visual Basic for Applications)在自己開(kāi)發(fā)環(huán)境中。用戶(hù)在VBA環(huán)境中編寫(xiě)程序，可以使用DDE，ActiveX控件，ODBC，COM／DCOM 等技術(shù)使得自動(dòng)化軟件演變成開(kāi)放的軟件平臺，在軟件功能不能滿(mǎn)足用戶(hù)特殊需要時(shí)，用戶(hù)可以根據自己的需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

    ◇ 分布式網(wǎng)絡(luò )結構

    iFIX提供真正的分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構，為系統提供最大的可擴展性。 iFIX分布式、客戶(hù)/服務(wù)器結構包括了可靈活構造的服務(wù)器 (SCADA Server) 和客戶(hù)端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX網(wǎng)絡(luò )中數據的讀取都通過(guò)標識SCADA Server節點(diǎn)名、數據點(diǎn)名及數據域（如CV表示當前值）來(lái)識別。iFIX不但可以滿(mǎn)足當前系統應用的需要，還可以在將來(lái)需要的時(shí)候隨時(shí)方便地擴展系統規模。

    ◇ 強大的冗余功能

    iFIX提供了強大而靈活的多重冗余功能，保證系統的不間斷監控，包括備份SCADA服務(wù)器、LAN冗余以及利用網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)服務(wù)器和iFIX診斷顯示程序監視、控制網(wǎng)絡(luò )運行狀態(tài)。此外，在主服務(wù)器和備用服務(wù)器同時(shí)啟動(dòng)、運行時(shí)，iFIX實(shí)現報警同步，避免對同一報警的重復響應。

    ◇ iWebServer

    使用iWebServer將iFIX畫(huà)面轉換成HTML文件，并通過(guò)Web服務(wù)器發(fā)布?？蛻?hù)端使用標準Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數據。

    ◇ 豐富的數據存取接口方式

    iFIX基于多種工業(yè)標準之上，提供了前所未有的系統易用性和擴展性，極大地方便了系統集成。GE 作為制定 OPC 標準的公司成員之一，全面支持OPC標準。iFIX既可以作為OPC服務(wù)器，也可以作為OPC客戶(hù)端。開(kāi)發(fā)人員可以從任何一個(gè)OPC服務(wù)器直接獲取動(dòng)態(tài)數據，并集成到iFIX 工作臺內。

    iFIX支持XML格式的文檔，可以把XML格式的文檔數據集成到iFIX工作臺內。

    iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實(shí)時(shí)數據寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)關(guān)系數據庫。iFIX的VBA項目中提供了各種iFIX對象，利用這些對象，就可以方便的在VBA中實(shí)現對iFIX的控制功能；在VBA 中，通常采用ADO對象模型來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這些歷史數據庫。
如此多的數據接口方式也使得iFIX集中監控系統可以作為青島卷煙廠(chǎng)制絲車(chē)間的生產(chǎn)數據中心，為煙廠(chǎng)將來(lái)功能的擴展提供服務(wù)。

    3.3 解決方案

    3.3.1 與MES系統信息集成

    與MES系統的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式來(lái)進(jìn)行。

    ◇ OPC方式

    青島集中監控系統與MES系統的集成通過(guò)制絲線(xiàn)集中監控系統的I/O SERVER 進(jìn)行信息交互，采用OPC通訊協(xié)議。在集中監控系統的I/O 服務(wù)器 及MES 的HISTORIAN 中分別開(kāi)辟兩個(gè)一致的緩存區用于系統間通訊。MES 與集中監控系統中控通過(guò)緩存區通訊的示意圖如圖3所示。
               
                                  圖3   OPC方式下監控系統 與MES通訊
    MES 系統通過(guò)OPC 下達子工單信息、工藝參數到緩存區，混絲中控通過(guò)緩存區獲取上述信息，并完成制絲生產(chǎn)。當生產(chǎn)完成后，通過(guò)緩存區中另一數據結構將子工單結束信息上傳到MES中。為了防止數據共享沖突，MES與緩存區之間的數據通訊采用約定好的通訊控制機制。根據緩存區標志位，當緩存區子工單還未啟動(dòng)執行時(shí)， MES系統可根據需要修改緩存區中還未被制絲管控系統執行的子工單，修改包括刪除及更改。與MES系統通訊交互的集成畫(huà)面如下：通過(guò)OPC方式，MES系統把工單發(fā)布到IO服務(wù)器上，集中監控系統通過(guò)采集IO服務(wù)器上的數據讀取工單任務(wù)信息，開(kāi)始組織生產(chǎn)。

    工單申請實(shí)例：（OPC方式申請工單如圖4所示）
              
                                圖4 集中監控系統向廠(chǎng)級MES系統申請工單
    按照MES的工單組織生產(chǎn)完成之后，需要把數據回寫(xiě)給MES系統，同樣通過(guò)OPC的方式，在批次的生產(chǎn)結束之后，把MES需要的數據寫(xiě)到MES的服務(wù)器上。

    ◇ 消息中間件

    MES 與集中監控系統也能通過(guò)Simens的DIS消息中間件進(jìn)行數據交互。在中控管理機上安裝DIS程序，使中控管理機作為一個(gè)DIS Client與MES 的DIS Server保持連接。通過(guò)DIS方式進(jìn)行消息傳遞。MES 與中控系統通過(guò)DIS方式通訊的示意圖如圖5所示。
                  
                                   圖5   消息方式下監控系統 與MES通訊
    MES 系統通過(guò)DIS方式 下達工單信息、工藝參數到中控管理機，中控管理機作為DIS Client獲得上述工單任務(wù)，工單任務(wù)采用XML文檔，由于iFIX豐富的數據接口，支持對XML文檔進(jìn)行解析，因此集中監控系統把XML文檔解析成實(shí)際的生產(chǎn)任務(wù)。生產(chǎn)線(xiàn)按照生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行生產(chǎn)。

    3.3.2 與振動(dòng)監測系統信息集成

    振動(dòng)監測系統使設備維護和操作人員可以了解設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監測設備故障的發(fā)生部位和故障的嚴重程度，以及檢查和驗收大修或臨時(shí)維修的效果，實(shí)現對設備故障早知道、早預報、早診斷，實(shí)現提高設備運行完好率、減少設備停機時(shí)間及降低維修成本的目的。該系統也是對企業(yè)既有系統的擴充和擴展，能夠實(shí)現與生產(chǎn)監控系統的有機集成，使生產(chǎn)相關(guān)部門(mén)進(jìn)行協(xié)同工作，保證生產(chǎn)全過(guò)程的協(xié)調運轉，提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的快速反應與敏捷制造。

    通過(guò)對設備狀態(tài)監測系統的二次開(kāi)發(fā)，利用OPC通信方式從自動(dòng)控制系統(DCS、PLC、OPC等)獲得生產(chǎn)過(guò)程工藝數據(關(guān)鍵電機的實(shí)時(shí)電流、工藝壓力、流量)，可以方便、安全地獲得大量與設備、生產(chǎn)相關(guān)的工藝參數信息；自動(dòng)控制系統也可從設備狀態(tài)監測系統獲得機組振動(dòng)數據及分析圖譜，讓工藝操作人員更深層次地了解設備狀況，合理組織生產(chǎn)。集成畫(huà)面如圖6所示。
              
                         圖6  設備狀態(tài)監測與自動(dòng)控制系統的集成畫(huà)面
    通過(guò)設備狀態(tài)監測與自動(dòng)控制系統的集成和交互，實(shí)現了自動(dòng)化系統對設備的生產(chǎn)運行控制、生產(chǎn)現場(chǎng)監控的同時(shí)，更對設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監測設備故障的發(fā)生部位和故障的嚴重程度有了準確可靠的了解，為企業(yè)正常的生產(chǎn)調度與企業(yè)級管理系統提供準確可靠的數據。

    3.3.3 與管理系統信息集成

    制絲生產(chǎn)的過(guò)程是通過(guò)作業(yè)任務(wù)來(lái)完成的，監控系統是作業(yè)任務(wù)生產(chǎn)調度的“網(wǎng)關(guān)”，通過(guò)這一網(wǎng)關(guān)，作業(yè)任務(wù)的數據信息將寫(xiě)入到控制系統中，啟動(dòng)生產(chǎn)過(guò)程。編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的數據通訊模塊（專(zhuān)用的數據庫通訊類(lèi)庫）與生產(chǎn)管理系統進(jìn)行直接信息交互，從而最終實(shí)現生產(chǎn)管理系統與集中監控系統信息的全面集成。

    3.3.4 與混合存在的羅克韋爾自動(dòng)化、西門(mén)子控制系統信息集成

    集中監控系統與設備控制系統的集成是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)監控網(wǎng)絡(luò )和相應的I/O驅動(dòng)進(jìn)行的。在設備控制系統的個(gè)條生產(chǎn)線(xiàn)的主控PLC中建立相應的I/O通訊數據區，由監控系統的數據采集（I/O）服務(wù)器的I/O通訊服務(wù)完成PLC中的數據區與數據采集服務(wù)器上的采集點(diǎn)進(jìn)行數據通訊和數據采集服務(wù)。由于iFIX同時(shí)支持多個(gè)OPC驅動(dòng)，因此在同一I/O服務(wù)器上，同時(shí)和羅克韋爾自動(dòng)化、Simens的PLC同時(shí)進(jìn)行通訊，同時(shí)在iFIX的PDB數據庫中采集多種不同協(xié)議內容的數據。

    3.3.5 監控信息Web發(fā)布功能

    通過(guò)監控網(wǎng)絡(luò )和Web服務(wù)器提供的Web發(fā)布服務(wù)，集中監控系統可以將制絲線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程各生產(chǎn)線(xiàn)、工藝段、主機設備、過(guò)程參數趨勢、報警信息等實(shí)時(shí)監控畫(huà)面發(fā)布到相關(guān)的生產(chǎn)部門(mén)。用戶(hù)只需通過(guò)Web瀏覽器即可查看生產(chǎn)線(xiàn)總體狀態(tài)、主機設備監控畫(huà)面、工藝參數的實(shí)時(shí)趨勢等生產(chǎn)過(guò)程信息，發(fā)布的信息可以和監控系統的運行畫(huà)面保持一致。

    4 結語(yǔ)

    從2007年5月至今，青島卷煙廠(chǎng)易地技改項目制絲線(xiàn)自動(dòng)化系統調試完成至今，陸續又在原有的系統中增加了一些的新的子系統。iFIX作為工業(yè)控制領(lǐng)域內穩定可靠?jì)?yōu)秀的SCADA軟件，使用戶(hù)充分體會(huì )到了其開(kāi)放的體系結構，新增加的子系統非常容易就能擴展到原有的系統中，使得新老系統能夠很好的融合在一起。同時(shí)其豐富的數據存取接口方式也使iFIX在處理異構系統信息集成方面具有很強的優(yōu)勢。經(jīng)過(guò)兩年多的實(shí)際運行，用戶(hù)反映良好，系統安全、穩定、可靠、高效。這對于當前越來(lái)越復雜的異構系統信息集成是一種非常好的解決方案。

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第八期