餘平

（江蘇創博工程技術有限公司　江蘇214072）

摘  要：貝加萊的可編程自動化控製器（PCC）與數據通訊網絡具有全開放
、易擴展
、處理能力強和通訊功能強大等優點。本文介紹了以其為主構建的東海糧油食用油罐區監控管理係統，著重描述了該係統的硬件構成
、主幹通訊網絡的分布式體係和冗餘環網結構
、實時數據庫軟件與標準OPC協議以及該係統的主要功能及其特點。

關鍵詞：食用油罐區
；監控管理係統；貝加萊可編程自動化控製器；實時數據庫軟件
；OPC協議

中圖分類號：TP29      文獻標識碼：B     

    東海糧油工業（張家港）有限公司（以下簡稱東海糧油）是由兩家世界500強企業――中國糧油食品 (集團)有限公司、美國ADM公司與新加坡KENSPOT公司聯合，共同投資興建的大型企業。它是著名的“福臨門”係xi列lie食shi用yong油you的de主zhu要yao生sheng產chan基ji地di之zhi一yi，也ye是shi全quan球qiu最zui大da的de綜zong合he糧liang油you食shi品pin加jia工gong基ji地di之zhi一yi。為wei了le配pei合he國guo家jia食shi用yong油you戰zhan略lve儲chu備bei計ji劃hua的de實shi施shi，東dong海hai糧liang油you在zai原yuan有you一yi
、二er號hao罐guan區qu的de基ji礎chu上shang
，新xin建jian了le三san號hao和he四si號hao罐guan區qu，並bing還hai將jiang陸lu續xu增zeng建jian其qi它ta罐guan區qu，形xing成cheng龐pang大da的de食shi用yong油you戰zhan略lve儲chu備bei基ji地di。所suo有you新xin建jian罐guan區qu的de監jian控kong係xi統tong目mu前qian均jun采cai用yong貝bei加jia萊lai工gong業ye自zi動dong化hua提ti供gong的de成cheng熟shu產chan品pin――可編程自動化控製器PCC―2005係列作為其現場數據采集及控製站。

 

    如圖1所示
，該係統的數據通訊網絡包括兩層主幹通訊網絡――上層的管理網（工業以太網）和中層的控製網（高可靠性的冗餘光纖環網）以yi及ji底di層ceng的de現xian場chang總zong線xian。管guan理li網wang與yu控kong製zhi網wang通tong過guo光guang纖xian環huan網wang的de光guang纖xian交jiao換huan機ji和he工gong業ye以yi太tai網wang的de電dian氣qi交jiao換huan機ji連lian接jie。若ruo按an功gong能neng劃hua分fen，則ze該gai係xi統tong可ke分fen為wei數shu據ju采cai集ji與yu控kong製zhi級ji（I級）和監視管理級（II級）。

    I級係統以多台貝加萊的PCC為核心

，包括各現場PCC站、中控室監控計算機和碼頭監控係統等設備。各PCC均掛接於控製網（冗餘光纖環網）上，它們與各自的遠程擴展裝置分別通過POWERLINK
、PROFIBUS-DP和CAN等現場總線實現數據交換。

    II級係統則以係統的數據服務器為核心，包括兩台工作站和多台Web客戶機和局域網客戶機。它們均通過數據交換機接入工業以太網以實現數據資源共享。

    整個罐區的通訊網絡采用基於TCP/IP協議以及Server/Client配置方式的分布式體係結構，支持實時數據共享和分布式數據庫，易於擴展采用以太網和TCP/IP協議構建的通訊網絡平台
，並通過標準OPC協議實現數據服務器與各PCC之間的數據交換。同時控製器的各設備供應商均提供以態網接口，能實現從底層到最上層的無縫連接和實時、高速的數據傳輸。

為了確保整個網絡係統的安全性和可靠性
，采取了以下措施：

    （1）在主幹通訊網絡上使用冗餘的光纖和電氣交換機，確保了整個通訊網絡的可靠性。

    （2）在數據交換技術上采用接點帶寬控製、圍欄技術和流量有序控製技術
，使數據在傳輸過程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。

    （3）網(wang)絡(luo)傳(chuan)輸(shu)介(jie)質(zhi)采(cai)用(yong)冗(rong)餘(yu)環(huan)行(xing)光(guang)纖(xian)回(hui)路(lu)，若(ruo)發(fa)生(sheng)任(ren)意(yi)一(yi)處(chu)光(guang)纖(xian)介(jie)質(zhi)的(de)損(sun)壞(huai)

，通(tong)訊(xun)路(lu)徑(jing)仍(reng)可(ke)以(yi)自(zi)動(dong)路(lu)由(you)到(dao)其(qi)它(ta)通(tong)道(dao)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)確(que)保(bao)了(le)整(zheng)個(ge)數(shu)據(ju)通(tong)訊(xun)鏈(lian)路(lu)不(bu)會(hui)由(you)於(yu)局(ju)部(bu)損(sun)傷(shang)而(er)導(dao)致(zhi)中(zhong)斷(duan)。

    在數據服務器中裝入實時數據庫軟件，通過標準的OPC協議采集貝加萊PCC的實時數據，以PCC作為OPC server

，實時數據庫軟件作為OPC client。數據服務器將采集的數據直接以web 的形式提供給局域網上的各用戶，各客戶端能利用標準的IE瀏覽器進行數據瀏覽和分析等操作。實時數據庫用來存放原始數據和修正後的數據，來自該係統中各生產過程PCC分站的采集數據和手工錄入數據以及修正後的數據
，均應保存在實時數據庫中。數據服務器軟件應對各種來源、各ge種zhong類lei型xing的de數shu據ju進jin行xing合he理li組zu織zhi
，以yi標biao準zhun化hua的de數shu據ju結jie構gou存cun儲chu於yu實shi時shi數shu據ju庫ku中zhong，既ji應ying保bao證zheng數shu據ju的de完wan整zheng性xing和he一yi致zhi性xing
，也ye應ying方fang便bian數shu據ju的de查zha詢xun和he應ying用yong。
 

圖1  罐區監控係統的硬件結構

    食用油罐區進、銷、存數據采集、監控、guanlixitong，shijichenglewangluoxinxiguanlijishuershejikaifadezhenduibutongyingyongchanghedeyoupinchuyunjisuanjijiankongguanlixitong
，tatongguoxinxidejichenghewangluohuaguanlishixianleduiyoupinjin
、銷、存的自動化監控和管理。在整個自動化監控管理係統中，貝加萊PCC產品的許多功能和優勢都得到很好的發揮。

    罐內油的工藝參數測量包括液位
、溫度、壓力、密度
、流量、淨油量等的實時數據和趨勢曲線。所有罐體均采用高精度激光雷達液位計進行測量液位，再根據罐容表
、密度

、壓力
、溫度等參數計算出罐內油的重量。由於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

，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。

    這是貝加萊PCC產品的優勢所在。對於計算每個罐體內油品的重量，過去常用的方法是通過PLC采集各相關參數
，上位計算機再根據罐容表進行查詢

，並利用相關公式進行計算。由於整個罐區內共有數百個罐體，僅罐容表（數據）就有厚厚一打書，電腦查詢和計算一遍所需的時間很長
，經常造成計算機死機。該係統采用在PCC中開辟內存，把罐容表中的各項數據直接寫入PCC的FIXROM中(zhong)，根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)檢(jian)測(ce)到(dao)的(de)液(ye)位(wei)參(can)數(shu)，使(shi)用(yong)動(dong)態(tai)指(zhi)針(zhen)直(zhi)接(jie)查(zha)詢(xun)罐(guan)容(rong)表(biao)，再(zai)按(an)照(zhao)有(you)關(guan)公(gong)式(shi)即(ji)可(ke)立(li)即(ji)計(ji)算(suan)出(chu)油(you)品(pin)重(zhong)量(liang)
，上(shang)位(wei)計(ji)算(suan)機(ji)隻(zhi)需(xu)實(shi)時(shi)顯(xian)示(shi)即(ji)可(ke)。整(zheng)個(ge)過(guo)程(cheng)可(ke)在(zai)毫(hao)秒(miao)級(ji)內(nei)完(wan)成(cheng)，這(zhe)極(ji)大(da)地(di)減(jian)輕(qing)了(le)上(shang)位(wei)計(ji)算(suan)機(ji)的(de)計(ji)算(suan)任(ren)務(wu)，使(shi)整(zheng)個(ge)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)實(shi)時(shi)性(xing)大(da)大(da)提(ti)高(gao)。

    整個罐區（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總線擴展方式。

    （1）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個遠程從站
，傳送速率在100k~2M Band之間，成本低廉
，結構簡單，通過屏蔽雙絞線即可連接。

    （2）ETHERNET POWERLINK總線擴展方式 (采用B&R的快速以太網協議)，完全建立在標準快速以太網上，因此它完全符合標準以太網的拓撲結構和物理特性。它的傳輸速率最高為100Mbps
，使用帶RJ45插頭的標準雙絞線電纜（超五類電纜）連接。網段長度為100m，支持星型和樹狀結構。

    （1）PROFIBUS-DP主要用於自動化係統的主控設備與分散的I/O和he控kong製zhi裝zhuang置zhi之zhi間jian的de數shu據ju通tong信xin。它ta能neng實shi現xian控kong製zhi底di層ceng的de較jiao高gao速su度du的de數shu據ju傳chuan輸shu，主zhu站zhan周zhou期qi地di讀du取qu從cong站zhan的de信xin息xi並bing向xiang從cong站zhan發fa送song信xin息xi。碼ma頭tou監jian控kong係xi統tong的dePCC通過PROFIBUS―DPxianchangzongxianyuheliutaotuoliduodechengliangyibiaojinxingtongxun，shishicaijimeicichengliangdezhongliangheleijizhongliang，bingjinxingchengliangzhideshishiqushifenxi
，yikongzhiguandaofamendekaibiheyoubengdeqiting。

    （2）通過RS485串口進行數據通訊。在PCC站中配置RS485通訊卡，它與布勒打包稱的稱重終端進行點對點通訊，實現數據采集。

    （3）UDP /TCP協議。UDP和TCP協議的主要區別是兩者在如何實現信息的可靠傳遞方麵有所不同。TCP協(xie)議(yi)中(zhong)包(bao)含(han)了(le)專(zhuan)門(men)的(de)傳(chuan)遞(di)保(bao)證(zheng)機(ji)製(zhi)



，當(dang)數(shu)據(ju)接(jie)收(shou)方(fang)收(shou)到(dao)發(fa)送(song)方(fang)傳(chuan)來(lai)的(de)信(xin)息(xi)時(shi)
，會(hui)自(zi)動(dong)地(di)向(xiang)發(fa)送(song)方(fang)發(fa)出(chu)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)，發(fa)送(song)方(fang)隻(zhi)有(you)在(zai)接(jie)收(shou)到(dao)該(gai)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)後(hou)才(cai)能(neng)繼(ji)續(xu)傳(chuan)送(song)其(qi)它(ta)信(xin)息(xi)
，否(fou)則(ze)將(jiang)一(yi)直(zhi)等(deng)待(dai)直(zhi)到(dao)收(shou)到(dao)確(que)認(ren)信(xin)息(xi)為(wei)止(zhi)。與(yu)TCP不同
，UDP協xie議yi並bing不bu提ti供gong數shu據ju傳chuan送song的de保bao證zheng機ji製zhi。如ru果guo在zai從cong發fa送song方fang到dao接jie收shou方fang的de傳chuan遞di過guo程cheng中zhong出chu現xian數shu據ju報bao文wen的de丟diu失shi
，協xie議yi本ben身shen並bing不bu能neng做zuo出chu任ren何he檢jian測ce或huo提ti示shi。因yin此ci，通tong常chang人ren們men把baUDP協議稱為不可靠的傳輸協議。

    在整個罐區監控係統中的1#~4#罐區子係統，它們既是各自獨立又是互為連鎖的，為此，各套PCC站的CPU之間需要通過冗餘光纖環網保持雙向數據通訊。該係統采用了TCP/IP協議和UDP報文協議

，較好地實現了不同罐區之間的倒罐和碼頭遠程啟/停泵等功能。

    為wei了le給gei該gai係xi統tong的de操cao作zuo和he管guan理li人ren員yuan提ti供gong便bian於yu監jian視shi和he操cao作zuo的de人ren機ji界jie麵mian
，該gai係xi統tong設she計ji並bing組zu態tai了le數shu十shi幅fu動dong態tai功gong能neng畫hua麵mian，其qi中zhong某mou些xie主zhu要yao畫hua麵mian示shi例li如ru下xia：

圖2 油罐區畫麵

圖3 油泵房畫麵

圖4 油罐區閥門畫麵

圖5 裝車台畫麵

圖6 罐容表操作畫麵

                

圖7 進出油操作管理畫麵

 

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

    （2）該係統集成了各種控製功能，如油罐進/出油操作與液位之間的聯鎖、泵與閥門的聯鎖

控製和報警係統等。

    （3）配備了開放型接口，可以與現有的及最新的各種罐區測量係統連接
，並可利用標準網

絡技術擴展係統 。

    （4）可進行油罐庫存曆史數據查詢
，並顯示其曆史趨勢曲線，還可根據曆史數據完成各種

統計和計算

，如曆史庫存量、進出油量等。

    （5）可實現油站進貨管理
、庫存管理、銷售管理和客戶管理。

    （6）利用網絡技術可進行遠程訪問，對數據訪問者有登錄權限管理
，保證了係統的信息安

全和可靠。

 

    運行實踐表明，以貝加萊PCC―2005係列可編程自動化控製器為主構建的東海糧油食用油罐區監控管理係統
，具有全開放
、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麵豐富等優點

，全麵達到了設計指標
，完全滿足了食用油罐區監控管理的工藝要求。  

 

參考文獻：

 [1]齊蓉《可編程計算機控製器高級技術》，西北工業大學出版2000。

 [2]貝加萊工業自動化軟件及硬件技術手冊，2001

 

作者簡介：

餘平 男 1970年畢業於安徽工業大學自動化儀表專業

，工學學士，工程師。主要從事工廠自動化開發與應用等方麵工作。