一.   項目背景

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

　　在青島卷煙廠易地技術改造項目中，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。為了實現(xiàn)將青島制絲車間各異構系統(tǒng)信息集成，要求實現(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。

　　異構集成系統(tǒng)不僅可實現(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, 還可實現(xiàn)車間之間各子系統(tǒng)的橫向信息集成, 實現(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服務器為核心，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡將制絲線各生產(chǎn)線的主控PLC、各個控制段以及單機控制系統(tǒng)的主控PLC和I/O服務器連接起來，實現(xiàn)方便快捷的數(shù)據(jù)交換，并最終由I/O服務器將采集的數(shù)據(jù)提供給車間數(shù)據(jù)庫服務器、監(jiān)控計算機、現(xiàn)場操作查詢終端進行集中監(jiān)控和信息查詢，同時通過Web服務器將生產(chǎn)線的實時監(jiān)控信息發(fā)布到廠級管理部門，便于整個煙廠的相關部門都能夠方便快捷的實時獲取制絲線的生產(chǎn)信息，了解生產(chǎn)進度和協(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行監(jiān)視和控制；是實時過程數(shù)據(jù)信息的可視化網(wǎng)關；是設備控制系統(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。

　　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)技術架構

　　整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術架構在設計上分為4個層次：1）應用層；2）平臺層；3）數(shù)據(jù)服務層；4）通訊服務層。

　　其中通訊層位于設備控制系統(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)務系統(tǒng)的接口數(shù)據(jù)交換等功能。通過通訊層來實現(xiàn)實施數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)在各個系統(tǒng)中的交互。

　　整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術架構如下圖所示：

圖2 集中監(jiān)控系統(tǒng)技術架構

　　為實現(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)運行控制、數(shù)據(jù)資源服務、監(jiān)控和管理有效的統(tǒng)一起來，并具備易于維護、方便調(diào)整和靈活配置的特點。

　　3.2 iFIX技術優(yōu)勢

　　考慮到整個集中監(jiān)控系統(tǒng)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，我們提出了使用iFIX監(jiān)控軟件建立集中監(jiān)控系統(tǒng)來構建網(wǎng)絡協(xié)同集成子系統(tǒng)，專門用來進行車間級各異構系統(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。

　　□ 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)自己的需要進行二次開發(fā)。

　　□ 分布式網(wǎng)絡結構

　　iFIX提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統(tǒng)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(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的讀取都通過標識SCADA Server節(jié)點名、數(shù)據(jù)點名及數(shù)據(jù)域（如CV表示當前值）來識別。iFIX不但可以滿足當前系統(tǒng)應用的需要，還可以在將來需要的時候隨時方便地擴展系統(tǒng)規(guī)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(tǒng)的不間斷監(jiān)控，包括備份SCADA服務器、LAN冗余以及利用網(wǎng)絡狀態(tài)服務器和iFIX診斷顯示程序監(jiān)視、控制網(wǎng)絡運行狀態(tài)。此外，在主服務器和備用服務器同時啟動、運行時，iFIX實現(xiàn)報警同步，避免對同一報警的重復響應。

　　□ iWebServer

　　使用iWebServer將iFIX畫面轉換成HTML文件，并通過Web服務器發(fā)布?？蛻舳耸褂脴藴蔠eb瀏覽器就能看到SCADA Server上實時動態(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)標準之上，提供了前所未有的系統(tǒng)易用性和擴展性，極大地方便了系統(tǒng)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，可直接把實時數(shù)據(jù)寫入一個或多個關系數(shù)據(jù)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(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展提供服務。

　  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)。當生產(chǎn)完成后，通過緩存區(qū)中另一數(shù)據(jù)結構將子工單結束信息上傳到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制。根據(jù)緩存區(qū)標志位，當緩存區(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服務器上，集中監(jiān)控系統(tǒng)通過采集IO服務器上的數(shù)據(jù)讀取工單任務信息，開始組織生產(chǎn)。

　　工單申請實例：（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)結束之后，把MES需要的數(shù)據(jù)寫到MES的服務器上。

　　□ 消息中間件

　　MES 與集中監(jiān)控系統(tǒng)也能通過Simens的DIS消息中間件進行數(shù)據(jù)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 下達工單信息、工藝參數(shù)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，由于iFIX豐富的數(shù)據(jù)接口，支持對XML文檔進行解析，因此集中監(jiān)控系統(tǒng)把XML文檔解析成實際的生產(chǎn)任務。生產(chǎn)線按照生產(chǎn)任務進行生產(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(jiān)測設備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監(jiān)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維修的效果，實現(xiàn)對設備故障早知道、早預報、早診斷，實現(xiàn)提高設備運行完好率、減少設備停機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)的擴充和擴展，能夠?qū)崿F(xiàn)與生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的有機集成，使生產(chǎn)相關部門進行協(xié)同工作，保證生產(chǎn)全過程的協(xié)調(diào)運轉，提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的快速反應與敏捷制造。

　　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(chǎn)相關的工藝參數(shù)信息；自動控制系統(tǒng)也可從設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)獲得機組振動數(shù)據(jù)及分析圖譜，讓工藝操作人員更深層次地了解設備狀況，合理組織生產(chǎn)。集成畫面如圖6：

圖6 設備狀態(tài)監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)集成畫面

　　通過設備狀態(tài)監(jiān)測與自動控制系統(tǒng)的集成和交互，實現(xiàn)了自動化系統(tǒng)對設備的生產(chǎn)運行控制、生產(chǎn)現(xiàn)場監(jiān)控的同時，更對設備當前的運行狀況、判斷被監(jiān)測設備的狀態(tài)變化趨勢、診斷被監(jiān)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(diào)度與企業(yè)級管理系統(tǒng)提供準確可靠的數(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)任務來完成的，監(jiān)控系統(tǒng)是作業(yè)任務生產(chǎn)調(diào)度的“網(wǎng)關”，通過這一網(wǎng)關，作業(yè)任務的數(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)進行直接信息交互，從而最終實現(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)絡和相應的I／O驅(qū)動進行的。在設備控制系統(tǒng)的個條生產(chǎn)線的主控PLC中建立相應的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)服務器的I／O通訊服務完成PLC中的數(shù)據(jù)區(qū)與數(shù)據(jù)采集服務器上的采集點進行數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)采集服務。由于iFIX同時支持多個OPC驅(qū)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(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)絡和Web服務器提供的Web發(fā)布服務，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、主機設備、過程參數(shù)趨勢、報警信息等實時監(jiān)控畫面發(fā)布到相關的生產(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)、主機設備監(jiān)控畫面、工藝參數(shù)的實時趨勢等生產(chǎn)過程信息，發(fā)布的信息可以和監(jiān)控系統(tǒng)的運行畫面保持一致。

　　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構，新增加的子系統(tǒng)非常容易就能擴展到原有的系統(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在處理異構系統(tǒng)信息集成方面具有很強的優(yōu)勢。經(jīng)過兩年多的實際運行，用戶反映良好，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠、高效。這對于當前越來越復雜的異構系統(tǒng)信息集成是一種非常好的解決方案。