余平

（江蘇創(chuàng)博工程技術(shù)有限公司　江蘇214072）

摘  要：貝加萊的可編程自動(dòng)化控制器（PCC）與數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)具有全開(kāi)放、易擴(kuò)展、處理能力強(qiáng)和通訊功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了以其為主構(gòu)建的東海糧油食用油罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)，著重描述了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、主干通訊網(wǎng)絡(luò)的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件與標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議以及該系統(tǒng)的主要功能及其特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：食用油罐區(qū)；監(jiān)控管理系統(tǒng)；貝加萊可編程自動(dòng)化控制器；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件；OPC協(xié)議

中圖分類號(hào)：TP29      文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B     

0 引言

    東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司（以下簡(jiǎn)稱東海糧油）是由兩家世界500強(qiáng)企業(yè)——中國(guó)糧油食品 (集團(tuán))有限公司、美國(guó)ADM公司與新加坡KENSPOT公司聯(lián)合，共同投資興建的大型企業(yè)。它是著名的“福臨門”系列食用油的主要生產(chǎn)基地之一，也是全球最大的綜合糧油食品加工基地之一。為了配合國(guó)家食用油戰(zhàn)略儲(chǔ)備計(jì)劃的實(shí)施，東海糧油在原有一、二號(hào)罐區(qū)的基礎(chǔ)上，新建了三號(hào)和四號(hào)罐區(qū)，并還將陸續(xù)增建其它罐區(qū)，形成龐大的食用油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地。所有新建罐區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)目前均采用貝加萊工業(yè)自動(dòng)化提供的成熟產(chǎn)品——可編程自動(dòng)化控制器PCC—2005系列作為其現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及控制站。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

    如圖1所示，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)包括兩層主干通訊網(wǎng)絡(luò)——上層的管理網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）和中層的控制網(wǎng)（高可靠性的冗余光纖環(huán)網(wǎng)）以及底層的現(xiàn)場(chǎng)總線。管理網(wǎng)與控制網(wǎng)通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)的光纖交換機(jī)和工業(yè)以太網(wǎng)的電氣交換機(jī)連接。若按功能劃分，則該系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集與控制級(jí)（I級(jí)）和監(jiān)視管理級(jí)（II級(jí)）。

    I級(jí)系統(tǒng)以多臺(tái)貝加萊的PCC為核心，包括各現(xiàn)場(chǎng)PCC站、中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)和碼頭監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。各PCC均掛接于控制網(wǎng)（冗余光纖環(huán)網(wǎng)）上，它們與各自的遠(yuǎn)程擴(kuò)展裝置分別通過(guò)POWERLINK、PROFIBUS-DP和CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

    II級(jí)系統(tǒng)則以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器為核心，包括兩臺(tái)工作站和多臺(tái)Web客戶機(jī)和局域網(wǎng)客戶機(jī)。它們均通過(guò)數(shù)據(jù)交換機(jī)接入工業(yè)以太網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

1.2 主干通訊網(wǎng)絡(luò)的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

    整個(gè)罐區(qū)的通訊網(wǎng)絡(luò)采用基于TCP/IP協(xié)議以及Server/Client配置方式的分布式體系結(jié)構(gòu)，支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，易于擴(kuò)展采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議構(gòu)建的通訊網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器與各PCC之間的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)控制器的各設(shè)備供應(yīng)商均提供以態(tài)網(wǎng)接口，能實(shí)現(xiàn)從底層到最上層的無(wú)縫連接和實(shí)時(shí)、高速的數(shù)據(jù)傳輸。

為了確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性，采取了以下措施：

    （1）在主干通訊網(wǎng)絡(luò)上使用冗余的光纖和電氣交換機(jī)，確保了整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

    （2）在數(shù)據(jù)交換技術(shù)上采用接點(diǎn)帶寬控制、圍欄技術(shù)和流量有序控制技術(shù)，使數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。

    （3）網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)采用冗余環(huán)行光纖回路，若發(fā)生任意一處光纖介質(zhì)的損壞，通訊路徑仍可以自動(dòng)路由到其它通道，這樣就確保了整個(gè)數(shù)據(jù)通訊鏈路不會(huì)由于局部損傷而導(dǎo)致中斷。

1.3 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件與標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議

    在數(shù)據(jù)服務(wù)器中裝入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議采集貝加萊PCC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以PCC作為OPC server，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件作為OPC client。數(shù)據(jù)服務(wù)器將采集的數(shù)據(jù)直接以web 的形式提供給局域網(wǎng)上的各用戶，各客戶端能利用標(biāo)準(zhǔn)的IE瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)瀏覽和分析等操作。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存放原始數(shù)據(jù)和修正后的數(shù)據(jù)，來(lái)自該系統(tǒng)中各生產(chǎn)過(guò)程PCC分站的采集數(shù)據(jù)和手工錄入數(shù)據(jù)以及修正后的數(shù)據(jù)，均應(yīng)保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件應(yīng)對(duì)各種來(lái)源、各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，既應(yīng)保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，也應(yīng)方便數(shù)據(jù)的查詢和應(yīng)用。
 

圖1  罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
 

2監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能及其特點(diǎn)

    食用油罐區(qū)進(jìn)、銷、存數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理系統(tǒng)，是集成了網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的油品儲(chǔ)運(yùn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)，它通過(guò)信息的集成和網(wǎng)絡(luò)化管理實(shí)現(xiàn)了對(duì)油品進(jìn)、銷、存的自動(dòng)化監(jiān)控和管理。在整個(gè)自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，貝加萊PCC產(chǎn)品的許多功能和優(yōu)勢(shì)都得到很好的發(fā)揮。

2.1高精度實(shí)時(shí)測(cè)量模塊的應(yīng)用

    罐內(nèi)油的工藝參數(shù)測(cè)量包括液位、溫度、壓力、密度、流量、凈油量等的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和趨勢(shì)曲線。所有罐體均采用高精度激光雷達(dá)液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量液位，再根據(jù)罐容表、密度、壓力、溫度等參數(shù)計(jì)算出罐內(nèi)油的重量。由于雷達(dá)液位計(jì)的測(cè)量精度可達(dá)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(dá)16bit，而且該模塊的供電方式靈活，可節(jié)省硬件成本。

    針對(duì)流量計(jì)檢測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)，選用了貝加萊DI450高速計(jì)數(shù)模塊，準(zhǔn)確地獲得了流量測(cè)量數(shù)據(jù)。

2.2 PCC的超大內(nèi)存容量和強(qiáng)大的計(jì)算功能

    這是貝加萊PCC產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)所在。對(duì)于計(jì)算每個(gè)罐體內(nèi)油品的重量，過(guò)去常用的方法是通過(guò)PLC采集各相關(guān)參數(shù)，上位計(jì)算機(jī)再根據(jù)罐容表進(jìn)行查詢，并利用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算。由于整個(gè)罐區(qū)內(nèi)共有數(shù)百個(gè)罐體，僅罐容表（數(shù)據(jù)）就有厚厚一打書(shū)，電腦查詢和計(jì)算一遍所需的時(shí)間很長(zhǎng)，經(jīng)常造成計(jì)算機(jī)死機(jī)。該系統(tǒng)采用在PCC中開(kāi)辟內(nèi)存，把罐容表中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入PCC的FIXROM中，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)到的液位參數(shù)，使用動(dòng)態(tài)指針直接查詢罐容表，再按照有關(guān)公式即可立即計(jì)算出油品重量，上位計(jì)算機(jī)只需實(shí)時(shí)顯示即可。整個(gè)過(guò)程可在毫秒級(jí)內(nèi)完成，這極大地減輕了上位計(jì)算機(jī)的計(jì)算任務(wù)，使整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大提高。

2.3 方便、靈活的I/O擴(kuò)展方式

    整個(gè)罐區(qū)（1#~4#）的PCC均采用了擴(kuò)展I/O配置方式。如比較常用的遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展方式，以及貝加萊致力推廣的POWERLINK總線擴(kuò)展方式。

    （1）遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展方式：最大距離為1200m，擴(kuò)展站的數(shù)目最多可達(dá)31個(gè)遠(yuǎn)程從站，傳送速率在100k~2M Band之間，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)屏蔽雙絞線即可連接。

    （2）ETHERNET POWERLINK總線擴(kuò)展方式 (采用B&R的快速以太網(wǎng)協(xié)議)，完全建立在標(biāo)準(zhǔn)快速以太網(wǎng)上，因此它完全符合標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和物理特性。它的傳輸速率最高為100Mbps，使用帶RJ45插頭的標(biāo)準(zhǔn)雙絞線電纜（超五類電纜）連接。網(wǎng)段長(zhǎng)度為100m，支持星型和樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。

2.4 強(qiáng)大的通訊功能

    （1）PROFIBUS-DP主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)的主控設(shè)備與分散的I/O和控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信。它能實(shí)現(xiàn)控制底層的較高速度的數(shù)據(jù)傳輸，主站周期地讀取從站的信息并向從站發(fā)送信息。碼頭監(jiān)控系統(tǒng)的PCC通過(guò)PROFIBUS—DP現(xiàn)場(chǎng)總線與和六套托利多的稱量?jī)x表進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)采集每次稱量的重量和累計(jì)重量，并進(jìn)行稱量值的實(shí)時(shí)趨勢(shì)分析，以控制管道閥門的開(kāi)閉和油泵的啟停。

    （2）通過(guò)RS485串口進(jìn)行數(shù)據(jù)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(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

    （3）UDP /TCP協(xié)議。UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實(shí)現(xiàn)信息的可靠傳遞方面有所不同。TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機(jī)制，當(dāng)數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來(lái)的信息時(shí)，會(huì)自動(dòng)地向發(fā)送方發(fā)出確認(rèn)信息，發(fā)送方只有在接收到該確認(rèn)信息后才能繼續(xù)傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認(rèn)信息為止。與TCP不同，UDP協(xié)議并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)文的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或提示。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。

    在整個(gè)罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的1#~4#罐區(qū)子系統(tǒng)，它們既是各自獨(dú)立又是互為連鎖的，為此，各套PCC站的CPU之間需要通過(guò)冗余光纖環(huán)網(wǎng)保持雙向數(shù)據(jù)通訊。該系統(tǒng)采用了TCP/IP協(xié)議和UDP報(bào)文協(xié)議，較好地實(shí)現(xiàn)了不同罐區(qū)之間的倒罐和碼頭遠(yuǎn)程啟/停泵等功能。

2.5   豐富的罐區(qū)動(dòng)態(tài)功能畫(huà)面

    為了給該系統(tǒng)的操作和管理人員提供便于監(jiān)視和操作的人機(jī)界面，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)并組態(tài)了數(shù)十幅動(dòng)態(tài)功能畫(huà)面，其中某些主要畫(huà)面示例如下：
 

圖2 油罐區(qū)畫(huà)面

圖3 油泵房畫(huà)面

圖4 油罐區(qū)閥門畫(huà)面

圖5 裝車臺(tái)畫(huà)面

圖6 罐容表操作畫(huà)面

圖7 進(jìn)出油操作管理畫(huà)面

2.6 其它功能

    （1）當(dāng)發(fā)生罐或管道泄露、油位超限、水位超限、可燃?xì)怏w超標(biāo)等異常狀況時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。

    （2）該系統(tǒng)集成了各種控制功能，如油罐進(jìn)/出油操作與液位之間的聯(lián)鎖、泵與閥門的聯(lián)鎖

控制和報(bào)警系統(tǒng)等。

    （3）配備了開(kāi)放型接口，可以與現(xiàn)有的及最新的各種罐區(qū)測(cè)量系統(tǒng)連接，并可利用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)

絡(luò)技術(shù)擴(kuò)展系統(tǒng) 。

    （4）可進(jìn)行油罐庫(kù)存歷史數(shù)據(jù)查詢，并顯示其歷史趨勢(shì)曲線，還可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)完成各種

統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，如歷史庫(kù)存量、進(jìn)出油量等。

    （5）可實(shí)現(xiàn)油站進(jìn)貨管理、庫(kù)存管理、銷售管理和客戶管理。

    （6）利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問(wèn)，對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)者有登錄權(quán)限管理，保證了系統(tǒng)的信息安

全和可靠。

3 結(jié)束語(yǔ)

    運(yùn)行實(shí)踐表明，以貝加萊PCC—2005系列可編程自動(dòng)化控制器為主構(gòu)建的東海糧油食用油罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)，具有全開(kāi)放、可靠性高、安全性好、計(jì)算速度快、通訊功能強(qiáng)大和監(jiān)視操作畫(huà)面豐富等優(yōu)點(diǎn)，全面達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)，完全滿足了食用油罐區(qū)監(jiān)控管理的工藝要求。  

參考文獻(xiàn)：

 [1]齊蓉《可編程計(jì)算機(jī)控制器高級(jí)技術(shù)》，西北工業(yè)大學(xué)出版2000。

 [2]貝加萊工業(yè)自動(dòng)化軟件及硬件技術(shù)手冊(cè)，2001

作者簡(jiǎn)介：

余平 男 1970年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化儀表專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。主要從事工廠自動(dòng)化開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等方面工作。