一. 項(xiàng)目背景
近幾年，隨著自動化控制技術(shù)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)自動化和管理信息化的結(jié)合已成為工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
在青島卷煙廠易地技術(shù)改造項(xiàng)目中，青島卷煙廠將在新建聯(lián)合工房內(nèi)建一條完整制絲生產(chǎn)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、新建一套香料廚房系統(tǒng)、一套異味處理系統(tǒng)、一套集中除塵系統(tǒng)輔助生產(chǎn)操作。為了現(xiàn)實(shí)制絲線自動化生產(chǎn)和高度的集中控制管理，青島卷煙廠需要建設(shè)一套適合青島卷煙廠生產(chǎn)和管理要求的制絲線自控及集成管控一體化系統(tǒng)。
二. 項(xiàng)目需求
青島卷煙廠自2006年異地搬遷之后，在新的制絲生產(chǎn)線上，新增MES、振動監(jiān)測、Web發(fā)布、制絲車間底層控制等多個控制系統(tǒng)。其中底層控制系統(tǒng)既有AB的PLC，也有西門子的PLC，是多種類型控制系統(tǒng)混合存在的。為了實(shí)現(xiàn)將青島制絲車間各異構(gòu)系統(tǒng)信息集成，要求實(shí)現(xiàn)多種通訊協(xié)議的共存、不同數(shù)據(jù)庫的相互訪問、不同應(yīng)用軟件之間有必要的接口能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
異構(gòu)集成系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)車間層與企業(yè)戰(zhàn)略層及現(xiàn)場執(zhí)行層的縱向信息集成, 還可實(shí)現(xiàn)車間之間各子系統(tǒng)的橫向信息集成, 實(shí)現(xiàn)了真正意義上的信息集成與共享, 可滿足企業(yè)處理大量個性化市場信息的需要。
三. 解決方案簡介
青島制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)首先是設(shè)備控制系統(tǒng)的圖形化體現(xiàn)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)與生產(chǎn)控制系統(tǒng)的交互層。集中監(jiān)控系統(tǒng)以I/O服務(wù)器為核心，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)將制絲線各生產(chǎn)線的主控PLC、各個控制段以及單機(jī)控制系統(tǒng)的主控PLC和I/O服務(wù)器連接起來，實(shí)現(xiàn)方便快捷的數(shù)據(jù)交換，并最終由I/O服務(wù)器將采集的數(shù)據(jù)提供給車間數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場操作查詢終端進(jìn)行集中監(jiān)控和信息查詢，同時通過Web服務(wù)器將生產(chǎn)線的實(shí)時監(jiān)控信息發(fā)布到廠級管理部門，便于整個煙廠的相關(guān)部門都能夠方便快捷的實(shí)時獲取制絲線的生產(chǎn)信息，了解生產(chǎn)進(jìn)度和協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程，徹底消除制造環(huán)節(jié)的“信息孤島”；集中監(jiān)控系統(tǒng)的根本目的是對生產(chǎn)過程以圖形化的方式進(jìn)行監(jiān)視和控制；是實(shí)時過程數(shù)據(jù)信息的可視化網(wǎng)關(guān)；是設(shè)備控制系統(tǒng)、車間振動監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)和廠級MES系統(tǒng)之間的信息集成粘合劑，是各個控制子系統(tǒng)信息集成的信息匯合點(diǎn)。
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的層次定位如下圖所示：
iFIX監(jiān)控軟件在煙草制絲線的集成應(yīng)用" border="0" src="http://www.gongso.com/images/hyyy/2010/6/8/53AD463B5D754B3D95F57849F66188CC.jpg" />
圖1 集中監(jiān)控系統(tǒng)功能定位
集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)在設(shè)計(jì)上分為4個層次：1）應(yīng)用層；2）平臺層；3）數(shù)據(jù)服務(wù)層；4）通訊服務(wù)層。
其中通訊層位于設(shè)備控制系統(tǒng)系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、廠級MES系統(tǒng)和數(shù)據(jù)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、過程數(shù)據(jù)采集和與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交換等功能。通過通訊層來實(shí)現(xiàn)實(shí)施數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在各個系統(tǒng)中的交互。
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如下圖所示：
圖2 集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)
為實(shí)現(xiàn)青島卷煙廠制絲車間全面有效整合企業(yè)資源，使企業(yè)運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)資源服務(wù)、監(jiān)控和管理有效的統(tǒng)一起來，并具備易于維護(hù)、方便調(diào)整和靈活配置的特點(diǎn)。
3.2 iFIX技術(shù)優(yōu)勢
考慮到整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的可集成性、可擴(kuò)展性和通用性的設(shè)計(jì)原則，綜合分析比較了國際上流行的幾大HMI/SCADA軟件平臺，我們提出了使用iFIX監(jiān)控軟件建立集中監(jiān)控系統(tǒng)來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)協(xié)同集成子系統(tǒng)，專門用來進(jìn)行車間級各異構(gòu)系統(tǒng)的信息集成。
iFIX是基于Windows自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案，具有以下幾個特點(diǎn)。
□ 開放性
iFIX集成微軟的VBA(Visual Basic for Applications)在自己開發(fā)環(huán)境中。用戶在VBA環(huán)境中編寫程序，可以使用DDE，ActiveX控件，ODBC，COM／DCOM 等技術(shù)使得自動化軟件演變成開放的軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行二次開發(fā)。
□ 分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
iFIX提供真正的分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)提供最大的可擴(kuò)展性。 iFIX分布式、客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)包括了可靈活構(gòu)造的服務(wù)器 (SCADA Server) 和客戶端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的讀取都通過標(biāo)識SCADA Server節(jié)點(diǎn)名、數(shù)據(jù)點(diǎn)名及數(shù)據(jù)域（如CV表示當(dāng)前值）來識別。iFIX不但可以滿足當(dāng)前系統(tǒng)應(yīng)用的需要，還可以在將來需要的時候隨時方便地擴(kuò)展系統(tǒng)規(guī)模。
□ 強(qiáng)大的冗余功能
iFIX提供了強(qiáng)大而靈活的多重冗余功能，保證系統(tǒng)的不間斷監(jiān)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(jiān)視、控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)。此外，在主服務(wù)器和備用服務(wù)器同時啟動、運(yùn)行時，iFIX實(shí)現(xiàn)報警同步，避免對同一報警的重復(fù)響應(yīng)。
□ iWebServer
使用iWebServer將iFIX畫面轉(zhuǎn)換成HTML文件，并通過Web服務(wù)器發(fā)布。客戶端使用標(biāo)準(zhǔn)Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實(shí)時動態(tài)數(shù)據(jù)。
□ 豐富的數(shù)據(jù)存取接口方式
iFIX基于多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之上，提供了前所未有的系統(tǒng)易用性和擴(kuò)展性，極大地方便了系統(tǒng)集成。GE 作為制定 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的公司成員之一，全面支持OPC標(biāo)準(zhǔn)。iFIX既可以作為OPC服務(wù)器，也可以作為OPC客戶端。開發(fā)人員可以從任何一個OPC服務(wù)器直接獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，并集成到iFIX 工作臺內(nèi)。
iFIX支持XML格式的文檔，可以把XML格式的文檔數(shù)據(jù)集成到iFIX工作臺內(nèi)。
iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實(shí)時數(shù)據(jù)寫入一個或多個關(guān)系數(shù)據(jù)庫。iFIX的VBA項(xiàng)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(shí)現(xiàn)對iFIX的控制功能；在VBA 中，通常采用ADO對象模型來訪問這些歷史數(shù)據(jù)庫。
如此多的數(shù)據(jù)接口方式也使得iFIX集中監(jiān)控系統(tǒng)可以作為青島卷煙廠制絲車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，為煙廠將來功能的擴(kuò)展提供服務(wù)。
3.3解決方案
3.3.1. 與MES系統(tǒng)信息集成
與MES系統(tǒng)的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式來進(jìn)行。
□ OPC方式
青島集中監(jiān)控系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的集成通過制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)的I/O SERVER 進(jìn)行信息交互，采用OPC通訊協(xié)議。在集中監(jiān)控系統(tǒng)的I/O 服務(wù)器 及MES 的HISTORIAN 中分別開辟兩個一致的緩存區(qū)用于系統(tǒng)間通訊。MES 與集中監(jiān)控系統(tǒng)中控通過緩存區(qū)通訊的示意圖。如圖3所示，
3 OPC方式下監(jiān)控系統(tǒng)與MES通訊
MES 系統(tǒng)通過OPC 下達(dá)子工單信息、工藝參數(shù)到緩存區(qū)，混絲中控通過緩存區(qū)獲取上述信息，并完成制絲生產(chǎn)。當(dāng)生產(chǎn)完成后，通過緩存區(qū)中另一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將子工單結(jié)束信息上傳到MES中。為了防止數(shù)據(jù)共享沖突，MES與緩存區(qū)之間的數(shù)據(jù)通訊采用約定好的通訊控制機(jī)制。根據(jù)緩存區(qū)標(biāo)志位，當(dāng)緩存區(qū)子工單還未啟動執(zhí)行時， MES系統(tǒng)可根據(jù)需要修改緩存區(qū)中還未被制絲管控系統(tǒng)執(zhí)行的子工單，修改包括刪除及更改。與MES系統(tǒng)通訊交互的集成畫面如下：通過OPC方式，MES系統(tǒng)把工單發(fā)布到IO服務(wù)器上，集中監(jiān)控系統(tǒng)通過采集IO服務(wù)器上的數(shù)據(jù)讀取工單任務(wù)信息，開始組織生產(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(jiān)控系統(tǒng)向廠級MES系統(tǒng)申請工單
按照MES的工單組織生產(chǎn)完成之后，需要把數(shù)據(jù)回寫給MES系統(tǒng)，同樣通過OPC的方式，在批次的生產(chǎn)結(jié)束之后，把MES需要的數(shù)據(jù)寫到MES的服務(wù)器上。
□ 消息中間件
MES 與集中監(jiān)控系統(tǒng)也能通過Simens的DIS消息中間件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在中控管理機(jī)上安裝DIS程序，使中控管理機(jī)作為一個DIS Client與MES 的DIS Server保持連接。通過DIS方式進(jìn)行消息傳遞。MES 與中控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)與MES通訊
MES 系統(tǒng)通過DIS方式 下達(dá)工單信息、工藝參數(shù)到中控管理機(jī)，中控管理機(jī)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(shù)據(jù)接口，支持對XML文檔進(jìn)行解析，因此集中監(jiān)控系統(tǒng)把XML文檔解析成實(shí)際的生產(chǎn)任務(wù)。生產(chǎn)線按照生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行生產(chǎn)。
3.3.2. 與振動監(jiān)測系統(tǒng)信息集成
振動監(jiān)測系統(tǒng)使設(shè)備維護(hù)和操作人員可以了解設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況、判斷被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監(jiān)測設(shè)備故障的發(fā)生部位和故障的嚴(yán)重程度，以及檢查和驗(yàn)收大修或臨時維修的效果，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障早知道、早預(yù)報、早診斷，實(shí)現(xiàn)提高設(shè)備運(yùn)行完好率、減少設(shè)備停機(jī)時間及降低維修成本的目的。該系統(tǒng)也是是企業(yè)既有系統(tǒng)的擴(kuò)充和擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)與生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)集成，使生產(chǎn)相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)同工作，保證生產(chǎn)全過程的協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速反應(yīng)與敏捷制造。
OPC通信方式從自動控制系統(tǒng)(dcs、PLC、OPC等)獲得生產(chǎn)過程工藝數(shù)據(jù)(關(guān)鍵電機(jī)的實(shí)時電流、工藝壓力、流量)，可以方便、安全地獲得大量與設(shè)備、生產(chǎn)相關(guān)的工藝參數(shù)信息；自動控制系統(tǒng)也可從設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)獲得機(jī)組振動數(shù)據(jù)及分析圖譜，讓工藝操作人員更深層次地了解設(shè)備狀況，合理組織生產(chǎn)。集成畫面如圖6：
圖6 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)集成畫面
通過設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)的集成和交互，實(shí)現(xiàn)了自動化系統(tǒng)對設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行控制、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控的同時，更對設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀況、判斷被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監(jiān)測設(shè)備故障的發(fā)生部位和故障的嚴(yán)重程度有了準(zhǔn)確可靠的了解，為企業(yè)正常的生產(chǎn)調(diào)度與企業(yè)級管理系統(tǒng)提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。
3.3.3. 與管理系統(tǒng)信息集成
制絲生產(chǎn)的過程是通過作業(yè)任務(wù)來完成的，監(jiān)控系統(tǒng)是作業(yè)任務(wù)生產(chǎn)調(diào)度的“網(wǎng)關(guān)”，通過這一網(wǎng)關(guān)，作業(yè)任務(wù)的數(shù)據(jù)信息將寫入到控制系統(tǒng)中，啟動生產(chǎn)過程。我們編寫了專門的數(shù)據(jù)通訊模塊（專用的數(shù)據(jù)庫通訊類庫）與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行直接信息交互，從而最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)與集中監(jiān)控系統(tǒng)信息的全面集成。
3.3.4. 與混合存在的AB、西門子控制系統(tǒng)信息集成
集中監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備控制系統(tǒng)的集成是通過工業(yè)以太網(wǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和相應(yīng)的I／O驅(qū)動進(jìn)行的。在設(shè)備控制系統(tǒng)的個條生產(chǎn)線的主控PLC中建立相應(yīng)的I／O通訊數(shù)據(jù)區(qū)，由監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集(I/O)服務(wù)器的I／O通訊服務(wù)完成PLC中的數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器上的采集點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)采集服務(wù)。由于iFIX同時支持多個OPC驅(qū)動，因此在同一IO服務(wù)器上，我們同時和AB、Simens的PLC同時進(jìn)行通訊，同時在iFIX的PDB數(shù)據(jù)庫中采集多種不同協(xié)議內(nèi)容的數(shù)據(jù)。
Web發(fā)布功能
通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和Web服務(wù)器提供的Web發(fā)布服務(wù)，集中監(jiān)控系統(tǒng)可以將制絲線生產(chǎn)過程各生產(chǎn)線、工藝段、主機(jī)設(shè)備、過程參數(shù)趨勢、報警信息等實(shí)時監(jiān)控畫面發(fā)布到相關(guān)的生產(chǎn)部門。用戶只需通過Web瀏覽器即可查看生產(chǎn)線總體狀態(tài)、主機(jī)設(shè)備監(jiān)控畫面、工藝參數(shù)的實(shí)時趨勢等生產(chǎn)過程信息，發(fā)布的信息可以和監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行畫面保持一致。
四. 結(jié)束語
從2007年5月至今，青島卷煙廠易地技改項(xiàng)目制絲線自動化系統(tǒng)調(diào)試完成至今，陸續(xù)又在原有的系統(tǒng)中增加了一些的新的子系統(tǒng)。iFIX作為工業(yè)控制領(lǐng)域內(nèi)穩(wěn)定可靠優(yōu)秀的SCADA軟件，我們充分地體會到了其開放的體系結(jié)構(gòu)，新增加的子系統(tǒng)非常容易就能擴(kuò)展到原有的系統(tǒng)中，使得新老系統(tǒng)能夠很好的融合在一起。同時其豐富的數(shù)據(jù)存取接口方式也使iFIX在處理異構(gòu)系統(tǒng)信息集成方面具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。經(jīng)過兩年多的實(shí)際運(yùn)行，用戶反映良好，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、高效。這對于當(dāng)前越來越復(fù)雜的異構(gòu)系統(tǒng)信息集成是一種非常好的解決方案。