|
摘要:
本文詳細介紹了iFIX軟件在煙草製絲線的集成應用，對軟件本身的特點進行了較深入的分析。結合在青島卷煙廠製絲車間的項目，詳細描述了用iFIX監控軟件構建的集中監控係統的技術架構及在實際項目當中所應用到的各種異構係統的信息集成方式。
關鍵詞: 異構係統；信息集成；集中監控係統
一. 項目背景
近幾年，隨著自動化控製技術的發展，特別是信息技術的快速發展，工業自動化和管理信息化的結合已成為工業控製係統的發展趨勢。
在青島卷煙廠易地技術改造項目中，青島卷煙廠將在新建聯合工房內建一條完整製絲生產線，其中包括一條葉片線、兩條葉絲線、一條梗線、一條梗絲線、一條混絲線及新建一個片煙配方庫、一個成品煙絲庫、新建一套香料廚房係統、一套異味處理係統、一yi套tao集ji中zhong除chu塵chen係xi統tong輔fu助zhu生sheng產chan操cao作zuo。為wei了le現xian實shi製zhi絲si線xian自zi動dong化hua生sheng產chan和he高gao度du的de集ji中zhong控kong製zhi管guan理li，青qing島dao卷juan煙yan廠chang需xu要yao建jian設she一yi套tao適shi合he青qing島dao卷juan煙yan廠chang生sheng產chan和he管guan理li要yao求qiu的de製zhi絲si線xian自zi控kong及ji集ji成cheng管guan控kong一yi體ti化hua係xi統tong。
二. 項目需求
青島卷煙廠自2006年異地搬遷之後，在新的製絲生產線上，新增MES、振動監測、Web發布、製絲車間底層控製等多個控製係統。其中底層控製係統既有AB的PLC，也有西門子的PLC，是多種類型控製係統混合存在的。為了實現將青島製絲車間各異構係統信息集成，要求實現多種通訊協議的共存、不同數據庫的相互訪問、不同應用軟件之間有必要的接口能夠實現數據交互。
異構集成係統不僅可實現車間層與企業戰略層及現場執行層的縱向信息集成, 還可實現車間之間各子係統的橫向信息集成, 實現了真正意義上的信息集成與共享, 可滿足企業處理大量個性化市場信息的需要。
三. 解決方案簡介
青島製絲線集中監控係統首先是設備控製係統的圖形化體現和生產管理係統與生產控製係統的交互層。集中監控係統以I/O服務器為核心，通過工業以太網絡將製絲線各生產線的主控PLC、各個控製段以及單機控製係統的主控PLC和I/O服務器連接起來，實現方便快捷的數據交換，並最終由I/O服務器將采集的數據提供給車間數據庫服務器、監控計算機、現場操作查詢終端進行集中監控和信息查詢，同時通過Web服fu務wu器qi將jiang生sheng產chan線xian的de實shi時shi監jian控kong信xin息xi發fa布bu到dao廠chang級ji管guan理li部bu門men，便bian於yu整zheng個ge煙yan廠chang的de相xiang關guan部bu門men都dou能neng夠gou方fang便bian快kuai捷jie的de實shi時shi獲huo取qu製zhi絲si線xian的de生sheng產chan信xin息xi，了le解jie生sheng產chan進jin度du和he協xie調tiao生sheng產chan過guo程cheng，徹che底di消xiao除chu製zhi造zao環huan節jie的de“信息孤島”；集中監控係統的根本目的是對生產過程以圖形化的方式進行監視和控製；是實時過程數據信息的可視化網關；是設備控製係統、車間振動監測係統、生產管理係統和廠級MES係統之間的信息集成粘合劑，是各個控製子係統信息集成的信息彙合點。
整個集中監控係統的層次定位如下圖所示：
圖1 集中監控係統功能定位
3.1集中監控係統技術架構
整個集中監控係統的技術架構在設計上分為4個層次：1）應用層；2）平台層；3）數據服務層；4）通訊服務層。
其中通訊層位於設備控製係統係統、生產管理係統、廠級MES係統和數據服務層之間，主要完成底層I/O通訊、工業以太網通訊、過程數據采集和與其它業務係統的接口數據交換等功能。通過通訊層來實現實施數據、業務數據在各個係統中的交互。
整個集中監控係統的技術架構如下圖所示：
圖2 集中監控係統技術架構
為實現青島卷煙廠製絲車間全麵有效整合企業資源，使企業運行控製、數據資源服務、監控和管理有效的統一起來，並具備易於維護、方便調整和靈活配置的特點。
3.2 iFIX技術優勢
考慮到整個集中監控係統的可集成性、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軟件平台，我們提出了使用iFIX監控軟件建立集中監控係統來構建網絡協同集成子係統，專門用來進行車間級各異構係統的信息集成。
iFIX是基於Windows平台上的功能強大的自動化監視與控製的軟件解決方案，具有以下幾個特點。
□ 開放性
iFIX集成微軟的VBA(Visual Basic for Applications)在自己開發環境中。用戶在VBA環境中編寫程序，可以使用DDE，ActiveX控件，ODBC，COM／DCOM 等技術使得自動化軟件演變成開放的軟件平台，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根據自己的需要進行二次開發。
□ 分布式網絡結構
iFIX提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為係統提供最大的可擴展性。 iFIX分布式、客戶/服務器結構包括了可靈活構造的服務器 (SCADA Server) 和客戶端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX網絡中數據的讀取都通過標識SCADA Server節點名、數據點名及數據域（如CV表示當前值）來識別。iFIX不但可以滿足當前係統應用的需要，還可以在將來需要的時候隨時方便地擴展係統規模。
□ 強大的冗餘功能
iFIX提供了強大而靈活的多重冗餘功能，保證係統的不間斷監控，包括備份SCADA服務器、LAN冗餘以及利用網絡狀態服務器和iFIX診斷顯示程序監視、控製網絡運行狀態。此外，在主服務器和備用服務器同時啟動、運行時，iFIX實現報警同步，避免對同一報警的重複響應。
□ iWebServer
使用iWebServer將iFIX畫麵轉換成HTML文件，並通過Web服務器發布。客戶端使用標準Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實時動態數據。
□ 豐富的數據存取接口方式
iFIX基於多種工業標準之上，提供了前所未有的係統易用性和擴展性，極大地方便了係統集成。GE 作為製定 OPC 標準的公司成員之一，全麵支持OPC標準。iFIX既可以作為OPC服務器，也可以作為OPC客戶端。開發人員可以從任何一個OPC服務器直接獲取動態數據，並集成到iFIX 工作台內。
iFIX支持XML格式的文檔，可以把XML格式的文檔數據集成到iFIX工作台內。
iFIX全麵支持ODBC API接口，可直接把實時數據寫入一個或多個關係數據庫。iFIX的VBA項目中提供了各種iFIX對象，利用這些對象，就可以方便地在VBA中實現對iFIX的控製功能；在VBA 中，通常采用ADO對象模型來訪問這些曆史數據庫。
如此多的數據接口方式也使得iFIX集中監控係統可以作為青島卷煙廠製絲車間的生產數據中心，為煙廠將來功能的擴展提供服務。
3.3解決方案
3.3.1. 與MES係統信息集成
與MES係統的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式來進行。
□ OPC方式
青島集中監控係統與MES係統的集成通過製絲線集中監控係統的I/O SERVER 進行信息交互，采用OPC通訊協議。在集中監控係統的I/O 服務器 及MES 的HISTORIAN 中分別開辟兩個一致的緩存區用於係統間通訊。MES 與集中監控係統中控通過緩存區通訊的示意圖。如圖3所示，
圖3 OPC方式下監控係統與MES通訊
MES 係統通過OPC 下達子工單信息、工gong藝yi參can數shu到dao緩huan存cun區qu，混hun絲si中zhong控kong通tong過guo緩huan存cun區qu獲huo取qu上shang述shu信xin息xi，並bing完wan成cheng製zhi絲si生sheng產chan。當dang生sheng產chan完wan成cheng後hou，通tong過guo緩huan存cun區qu中zhong另ling一yi數shu據ju結jie構gou將jiang子zi工gong單dan結jie束shu信xin息xi上shang傳chuan到daoMES中。為了防止數據共享衝突，MES與緩存區之間的數據通訊采用約定好的通訊控製機製。根據緩存區標誌位，當緩存區子工單還未啟動執行時， MES係統可根據需要修改緩存區中還未被製絲管控係統執行的子工單，修改包括刪除及更改。與MES係統通訊交互的集成畫麵如下：通過OPC方式，MES係統把工單發布到IO服務器上，集中監控係統通過采集IO服務器上的數據讀取工單任務信息，開始組織生產。
工單申請實例：（OPC方式申請工單如圖4所示）
圖4 集中監控係統向廠級MES係統申請工單
按照MES的工單組織生產完成之後，需要把數據回寫給MES係統，同樣通過OPC的方式，在批次的生產結束之後，把MES需要的數據寫到MES的服務器上。
□ 消息中間件
MES 與集中監控係統也能通過Simens的DIS消息中間件進行數據交互。在中控管理機上安裝DIS程序，使中控管理機作為一個DIS Client與MES 的DIS Server保持連接。通過DIS方式進行消息傳遞。MES 與中控係統通過DIS方式通訊的示意圖如圖5所示。
圖5 消息件方式下監控係統與MES通訊
MES 係統通過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，工單任務采用XML文檔，由於iFIX豐富的數據接口，支持對XML文檔進行解析，因此集中監控係統把XML文檔解析成實際的生產任務。生產線按照生產任務進行生產。
3.3.2. 與振動監測係統信息集成
振動監測係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變化趨勢、診斷被監測設備故障的發生部位和故障的嚴重程度，以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果，實現對設備故障早知道、早預報、早診斷，實現提高設備運行完好率、減(jian)少(shao)設(she)備(bei)停(ting)機(ji)時(shi)間(jian)及(ji)降(jiang)低(di)維(wei)修(xiu)成(cheng)本(ben)的(de)目(mu)的(de)。該(gai)係(xi)統(tong)也(ye)是(shi)是(shi)企(qi)業(ye)既(ji)有(you)係(xi)統(tong)的(de)擴(kuo)充(chong)和(he)擴(kuo)展(zhan)，能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)與(yu)生(sheng)產(chan)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)有(you)機(ji)集(ji)成(cheng)，使(shi)生(sheng)產(chan)相(xiang)關(guan)部(bu)門(men)進(jin)行(xing)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)，保(bao)證(zheng)生(sheng)產(chan)全(quan)過(guo)程(cheng)的(de)協(xie)調(tiao)運(yun)轉(zhuan)，提(ti)高(gao)企(qi)業(ye)的(de)生(sheng)產(chan)管(guan)理(li)水(shui)平(ping)，實(shi)現(xian)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)的(de)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)與(yu)敏(min)捷(jie)製(zhi)造(zao)。
通過對設備狀態監測係統的二次開發，利用OPC通信方式從自動控製係統(DCS、PLC、OPC等)獲得生產過程工藝數據(關鍵電機的實時電流、工藝壓力、流量)，可以方便、安全地獲得大量與設備、生產相關的工藝參數信息；自(zi)動(dong)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)也(ye)可(ke)從(cong)設(she)備(bei)狀(zhuang)態(tai)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)獲(huo)得(de)機(ji)組(zu)振(zhen)動(dong)數(shu)據(ju)及(ji)分(fen)析(xi)圖(tu)譜(pu)，讓(rang)工(gong)藝(yi)操(cao)作(zuo)人(ren)員(yuan)更(geng)深(shen)層(ceng)次(ci)地(di)了(le)解(jie)設(she)備(bei)狀(zhuang)況(kuang)，合(he)理(li)組(zu)織(zhi)生(sheng)產(chan)。集(ji)成(cheng)畫(hua)麵(mian)如(ru)圖(tu)6：
圖6 設備狀態監測與自動控製係統集成畫麵
通過設備狀態監測與自動控製係統的集成和交互，實現了自動化係統對設備的生產運行控製、生產現場監控的同時，更對設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態變化趨勢、診(zhen)斷(duan)被(bei)監(jian)測(ce)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)的(de)發(fa)生(sheng)部(bu)位(wei)和(he)故(gu)障(zhang)的(de)嚴(yan)重(zhong)程(cheng)度(du)有(you)了(le)準(zhun)確(que)可(ke)靠(kao)的(de)了(le)解(jie)，為(wei)企(qi)業(ye)正(zheng)常(chang)的(de)生(sheng)產(chan)調(tiao)度(du)與(yu)企(qi)業(ye)級(ji)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)準(zhun)確(que)可(ke)靠(kao)的(de)數(shu)據(ju)。
3.3.3. 與管理係統信息集成
製絲生產的過程是通過作業任務來完成的，監控係統是作業任務生產調度的“網關”，通過這一網關，作業任務的數據信息將寫入到控製係統中，啟動生產過程。我們編寫了專門的數據通訊模塊（專用的數據庫通訊類庫）與生產管理係統進行直接信息交互，從而最終實現生產管理係統與集中監控係統信息的全麵集成。
3.3.4. 與混合存在的AB、西門子控製係統信息集成
集中監控係統與設備控製係統的集成是通過工業以太網監控網絡和相應的I／O驅動進行的。在設備控製係統的個條生產線的主控PLC中建立相應的I／O通訊數據區，由監控係統的數據采集(I/O)服務器的I／O通訊服務完成PLC中的數據區與數據采集服務器上的采集點進行數據通訊和數據采集服務。由於iFIX同時支持多個OPC驅動，因此在同一IO服務器上，我們同時和AB、Simens的PLC同時進行通訊，同時在iFIX的PDB數據庫中采集多種不同協議內容的數據。
3.3.5. 監控信息Web發布功能
通過監控網絡和Web服務器提供的Web發布服務，集中監控係統可以將製絲線生產過程各生產線、工藝段、主機設備、過程參數趨勢、報警信息等實時監控畫麵發布到相關的生產部門。用戶隻需通過Web瀏覽器即可查看生產線總體狀態、主機設備監控畫麵、工藝參數的實時趨勢等生產過程信息，發布的信息可以和監控係統的運行畫麵保持一致。
四. 結束語
從2007年5月至今，青島卷煙廠易地技改項目製絲線自動化係統調試完成至今，陸續又在原有的係統中增加了一些的新的子係統。iFIX作為工業控製領域內穩定可靠優秀的SCADA軟(ruan)件(jian)，我(wo)們(men)充(chong)分(fen)地(di)體(ti)會(hui)到(dao)了(le)其(qi)開(kai)放(fang)的(de)體(ti)係(xi)結(jie)構(gou)，新(xin)增(zeng)加(jia)的(de)子(zi)係(xi)統(tong)非(fei)常(chang)容(rong)易(yi)就(jiu)能(neng)擴(kuo)展(zhan)到(dao)原(yuan)有(you)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)，使(shi)得(de)新(xin)老(lao)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)的(de)融(rong)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)。同(tong)時(shi)其(qi)豐(feng)富(fu)的(de)數(shu)據(ju)存(cun)取(qu)接(jie)口(kou)方(fang)式(shi)也(ye)使(shi)iFIX在處理異構係統信息集成方麵具有很強的優勢。經過兩年多的實際運行，用戶反映良好，係統安全、穩定、可靠、高效。這對於當前越來越複雜的異構係統信息集成是一種非常好的解決方案。
關於GE智能平台
GE智能平台是一個提供高新技術的企業，它為世界各地的用戶提供用於自動化控製的軟件、硬件和技術服務以及嵌入式計算。我們為用戶提供一個獨特的，靈活的，超可靠的技術基礎，使得他們在包括能源、水處理、消費品、國防和防禦，以及通訊等產業領域獲得持續的優勢。GE智能平台是一家總部設在美國弗吉尼亞州的夏洛茨維爾的全球性企業，是GE企業解決方案集團公司的一員。想獲取更多信息，請訪問：www.ge-ip.com。
|
