1 前言

　　許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)于2000年，并于2001年12月投入使用，是當(dāng)時(shí)先進(jìn)的制絲工藝的代表。然而隨著煙廠的擴(kuò)大、技術(shù)的發(fā)展及新的工藝標(biāo)準(zhǔn)的推廣，原系統(tǒng)已無(wú)法滿足實(shí)際的生產(chǎn)要求，限制了煙廠的生產(chǎn)發(fā)展。

　　1.1原網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題　

　　由于原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用C/S結(jié)構(gòu)，且當(dāng)時(shí)技術(shù)上的限制，系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)量集中，系統(tǒng)負(fù)荷不均勻等特點(diǎn)。

　　1.2原監(jiān)控系統(tǒng)介紹

　　原設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)是由IFIX 2.6開發(fā)的，其組成部分是：① 4臺(tái)集中監(jiān)控機(jī)，分別為：葉片線、葉絲線、摻配加香線和梗絲線；② 11臺(tái)段控機(jī)分別為：葉片段、葉絲一線、葉絲二線、摻配加香線、一樓送絲線、二樓送絲線、HXD線、梗預(yù)處理、梗絲一線、梗絲二線和香料廚房；③ 2臺(tái)I/O服務(wù)器IOSVR1和IOSVR2組成。其中，I/O服務(wù)器與PLC建立連接，并組成主備份節(jié)點(diǎn)，其他除HXD外的監(jiān)控機(jī)通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)I/O服務(wù)器建立起與PLC的連接，HXD是葉絲二線的烘絲段，它是作為SCADA，自己連接PLC，葉絲二線或其他需要訪問(wèn) HXD數(shù)據(jù)的客戶端是通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)該節(jié)點(diǎn)來(lái)顯示和控制HXD數(shù)據(jù)的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該C/S結(jié)構(gòu)模式使冗余I/O服務(wù)器成為整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)瓶頸。

圖1：改造前中控系統(tǒng)

　　為了解決該系統(tǒng)現(xiàn)存問(wèn)題，并且能夠?qū)F(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)管理思想、理念引入企業(yè)生產(chǎn)管理，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理流程進(jìn)行重組和優(yōu)化，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)管理水平的提高，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)的“數(shù)字化”，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監(jiān)控系統(tǒng)改造項(xiàng)目對(duì)我方提出了具體的要求。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想

　　由于現(xiàn)在是所有的監(jiān)控機(jī)和上位管理系統(tǒng)都通過(guò)IO服務(wù)器進(jìn)行數(shù)采，這樣不僅增加IO服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)當(dāng)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將不能再正常工作，直接影響車間的正常生產(chǎn)，改進(jìn)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為每個(gè)監(jiān)控機(jī)單獨(dú)與PLC直接通訊，同時(shí)準(zhǔn)備兩臺(tái)個(gè)備用機(jī)，備用機(jī)上有各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的備份，當(dāng)某臺(tái)或者幾臺(tái)監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，啟用備份機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行組織生產(chǎn)，而IO服務(wù)器主要用來(lái)為上位機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)采服務(wù)。

　　2.2 功能設(shè)計(jì)

　　中控監(jiān)控系統(tǒng)要具備生產(chǎn)管理、過(guò)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理、監(jiān)控發(fā)布等功能，其具體功能 要求如下圖所示。其中具有黃色背景的功能只有中控室監(jiān)控機(jī)需要具備。

圖2：監(jiān)控系統(tǒng)功能要求細(xì)則

　　3 項(xiàng)目具體實(shí)施

    3.1 監(jiān)控軟件的選擇

　　監(jiān)控軟件仍使用GE 的Proficy iFix軟件，I/O 驅(qū)動(dòng)器由原來(lái)的S_7升級(jí)到SI7。只是將軟件版本由原來(lái)的iFix 2.6中文版升級(jí)到iFix 4.5中文版。仍采用IFIX軟件主要是基于三點(diǎn)考慮：

　　3.1.1 信息的可移植性

　　由于本次電控方面只是小部分改造，原系統(tǒng)的大部分設(shè)備信息和操作方式并未作出修改，因此圖形界面開發(fā)時(shí)可以重用原系統(tǒng)中未作出修改的部分，原系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊也可導(dǎo)出來(lái)，直接導(dǎo)入到新的系統(tǒng)中，這樣就大大減少了開發(fā)初期的工作量。

　　3.1.2 結(jié)構(gòu)的靈活性

　　使用IFIX軟件，可以方便的配置冗余節(jié)點(diǎn)，只需要對(duì)iFix的SCU作出配置，系統(tǒng)搭建后，也可以通過(guò)修改SCU的相應(yīng)配置來(lái)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　3.1.3 功能強(qiáng)大

　　IFIX中具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理器、閥值表、標(biāo)簽組、歷史數(shù)據(jù)配置和VBA編程等工具，為界面開發(fā)提供了很好的幫助。

　　數(shù)據(jù)庫(kù)管理器。數(shù)據(jù)庫(kù)管理器可以查看本地或遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)內(nèi)已經(jīng)建立好的所有數(shù)據(jù)塊信息，這些數(shù)據(jù)塊以行為單位顯示出來(lái)，方便用戶對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行排序，查詢，添加刪除等操作，而且數(shù)據(jù)塊可以在本地和遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行復(fù)制和粘貼操作。數(shù)據(jù)庫(kù)還具有導(dǎo)入導(dǎo)出功能，導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)庫(kù)存為CSV文件，可以以EXCEL的方式打開，便于批量創(chuàng)建、修改或刪除數(shù)據(jù)塊信息。

　　閥值表。閥值表可以在不同屬性之間建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系。比如可以將INT型數(shù)據(jù)與顏色之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。畫面上的元素，可以在動(dòng)畫配置里調(diào)用閥值表，將數(shù)據(jù)源的值與顏色對(duì)應(yīng)起來(lái)。利用閥值表利于維護(hù)，當(dāng)需要修改對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，只要修改閥值表即可。

　　標(biāo)簽組。標(biāo)簽組可以建立符號(hào)和真實(shí)標(biāo)簽的對(duì)應(yīng)，其功能類似于閥值表。通過(guò)建立標(biāo)簽組，就可以利用過(guò)一個(gè)畫面來(lái)完成多個(gè)類似過(guò)程的控制。比如貯柜信息的顯示等。利用標(biāo)簽組可簡(jiǎn)化工程項(xiàng)目，增加工程的靈活性，便于后期維護(hù)。

　　歷史數(shù)據(jù)配置。iFix軟件具有專門的歷史數(shù)據(jù)配置工具，不僅可以定義本地節(jié)點(diǎn)所需采集的數(shù)據(jù)，也可以定義遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。分組配置歷史數(shù)據(jù)的思想便于用戶對(duì)不同的數(shù)據(jù)配置具有針對(duì)性的采集模式。

　　VBA后臺(tái)編程。iFix內(nèi)嵌VBA后臺(tái)，可充分?jǐn)U展iFix的功能。開發(fā)人員可以像在VB中編程一樣，在IFIX中添加窗體或調(diào)試自定義腳本來(lái)完成一些復(fù)雜操作。iFix不僅自帶很多控件，也可通過(guò)安裝VB組件來(lái)加載VB中的控件。

　　3.2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)搭建

　　為了減輕I/O服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)管理數(shù)據(jù)采集和控制的分開，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做出了這樣的搭建方案：

　　中控室的四臺(tái)監(jiān)控機(jī)、兩臺(tái)備份機(jī)和I/O服務(wù)器均為SCADA端，可獨(dú)立訪問(wèn)PLC。其中，服務(wù)器不具備監(jiān)控功能。服務(wù)器與中控室的各個(gè)監(jiān)控機(jī)分別組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)工作站提供數(shù)據(jù)服務(wù)。HXD不做出改造。

　　表1-1為服務(wù)器及各個(gè)監(jiān)控機(jī)的信息。 

表1-1

　　圖3為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。

圖 3：監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

　　如圖中所示，I/O服務(wù)器和葉片SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)葉片段提供數(shù)據(jù)服務(wù)；I/O服務(wù)器和葉絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)葉絲一線和葉絲二線提供數(shù)據(jù)服務(wù)；I/O服務(wù)器和混絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)摻配加香段、一樓送絲和二樓送絲提供數(shù)據(jù)服務(wù)；I/O服務(wù)器和梗絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場(chǎng)梗預(yù)處理段、梗絲一線和梗絲二線提供數(shù)據(jù)服務(wù)；香料廚房和除塵只訪問(wèn)I/O服務(wù)器。

　　3.3 主要功能的實(shí)現(xiàn)

    3.3.1 過(guò)程監(jiān)視

·

　　在集中監(jiān)視畫面上，按生產(chǎn)流程將主設(shè)備、輔連設(shè)備和各測(cè)控點(diǎn)畫出，顯示主設(shè)備像滾筒回潮機(jī)、加料機(jī)、烘絲機(jī)和流冷機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)及其相關(guān)參數(shù)。為貯柜滑架及布料車配置了動(dòng)畫顯示效果。對(duì)于每一段都有一個(gè)全線所有電機(jī)信息圖。圖4為葉片線的集中控制畫面。

圖 4 葉片線集中監(jiān)控畫面

　　·單機(jī)設(shè)備信息

　　為主要設(shè)備，像回潮筒、加料機(jī)、烘絲機(jī)等設(shè)備開發(fā)了單機(jī)設(shè)備圖，在圖中有該設(shè)備的詳細(xì)信息、動(dòng)畫效果及管路圖，用來(lái)反映主要單機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)備參數(shù)和工藝參數(shù)等。

　　·貯柜信息

　　貯柜信息主要顯示煙牌信息、貯柜進(jìn)出料量、電機(jī)運(yùn)行狀況，布料車運(yùn)行方向等。

　　·網(wǎng)絡(luò)故障診斷

　　將相應(yīng)生產(chǎn)線上的所有連網(wǎng)設(shè)備在畫面上表示出來(lái)，為其配置動(dòng)畫效果來(lái)表示設(shè)備是否掉線，方便故障查詢。

　　  3.3.2 生產(chǎn)控制

　　·讀取生產(chǎn)計(jì)劃及下發(fā)參數(shù)

　　為每臺(tái)監(jiān)控機(jī)安裝Oracle 10.0g的客戶端，且安裝VB組件。配置數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端，使其與服務(wù)端相連。建立生產(chǎn)控制畫面，如圖5所示。

圖 5：葉絲線生產(chǎn)控制

　　畫面中，利用分層顯示將三個(gè)生產(chǎn)單元的信息集中在一起。生產(chǎn)計(jì)劃用MsFlexGrid控件來(lái)顯示。生產(chǎn)中的計(jì)劃背景為綠色，準(zhǔn)備生產(chǎn)的計(jì)劃背景為白色。當(dāng)點(diǎn)擊某條計(jì)劃時(shí)，其背景顏色更改為藍(lán)紫色，并且在下面的配方參數(shù)和啟動(dòng)參數(shù)列表中顯示相應(yīng)的參數(shù)信息。配方參數(shù)和啟動(dòng)參數(shù)信息顯示在DataGrid控件中。讀取計(jì)劃、下發(fā)配方參數(shù)、下發(fā)啟動(dòng)參數(shù)、生產(chǎn)開始、生產(chǎn)結(jié)束這些功能都是通過(guò)VBA編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　·控制生產(chǎn)

　　控制生產(chǎn)即，可以完成設(shè)備的啟動(dòng)和運(yùn)行。點(diǎn)擊圖5中的組合啟動(dòng)和停止可以啟動(dòng)和停止相應(yīng)生產(chǎn)段的設(shè)備。

　　3.3.3轉(zhuǎn)柜信息記錄

　　轉(zhuǎn)柜信息記錄是專為混絲段增加的一個(gè)功能，這是因?yàn)橹挥谢旖z段可以進(jìn)行貯柜之間轉(zhuǎn)柜操作，由于這些操作比較頻繁，且隨各種條件影響比較大，不適合做生產(chǎn)計(jì)劃。由于無(wú)法調(diào)用計(jì)劃，使得轉(zhuǎn)柜后目的柜沒(méi)有批次信息，影響操作。

　　為了解決轉(zhuǎn)柜時(shí)的這些缺點(diǎn)，并且記錄下這些轉(zhuǎn)柜信息，在混絲一線和混絲二線處新增了一個(gè)是否是直接轉(zhuǎn)柜信號(hào)和直接轉(zhuǎn)柜啟動(dòng)按鈕。當(dāng)用戶選擇直接轉(zhuǎn)柜信號(hào)時(shí)原有組合啟動(dòng)按鈕不可用，否則直接轉(zhuǎn)柜按鈕不可用。直接轉(zhuǎn)柜時(shí)，記錄源柜的號(hào)碼、批次、煙牌等信息及目的柜號(hào)到數(shù)據(jù)庫(kù)，并將源柜批次等信息寫入目的柜相應(yīng)地址。

　　圖6：混絲線組合啟動(dòng)

　　3.3.4 系統(tǒng)管理

　　·安全管理及操作信息記錄

　　啟用安全配置，并在SCU用戶管理中添加一個(gè)名為user1的用戶，設(shè)置其為超級(jí)用戶，在自動(dòng)登錄節(jié)點(diǎn)中選擇該iFix的本地節(jié)點(diǎn)，并以GUEST用戶登陸。設(shè)置啟動(dòng)畫面，并以運(yùn)行模式登陸。

圖7：歡迎畫面

　　上圖的用戶登陸窗口是在VBA中創(chuàng)建的。在登陸窗口中，操作工輸入用戶名（其用戶和密碼是在MES系統(tǒng)中的用戶管理中設(shè)置的），當(dāng)輸入結(jié)束后，程序會(huì)去查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有此用戶，如果沒(méi)有，則會(huì)報(bào)錯(cuò)。如果此時(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)連接不上，則會(huì)彈出允許本地登錄的窗口，從而避免了因無(wú)法與數(shù)據(jù)庫(kù)連接而無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)操作。輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊確定，后臺(tái)程序會(huì)將用戶信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，從而檢驗(yàn)是否是有效用戶。成功登錄時(shí)，程序會(huì)將該操作員的信息及登錄時(shí)間寫入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在該用戶系統(tǒng)退出時(shí)，程序會(huì)將該操作工退出系統(tǒng)的時(shí)間更新到數(shù)據(jù)庫(kù)中。下圖即為退出系統(tǒng)窗口，也是在VBA中自定義的窗體。

圖8：退出系統(tǒng)窗體

　　4 總結(jié)

　　改造后的監(jiān)控系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)方面，分散了網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)擁擠現(xiàn)象；消除了由服務(wù)器帶來(lái)的瓶頸效應(yīng)；降低了由于某臺(tái)機(jī)器，尤其是服務(wù)器的意外故障而帶來(lái)的無(wú)法正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)性；實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集和控制的分開。

　　在生產(chǎn)監(jiān)控方面，操作工的信息需要在MES系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合；為每個(gè)生產(chǎn)單元都設(shè)置一套對(duì)應(yīng)的控制界面，其計(jì)劃列表里不同生產(chǎn)狀態(tài)的計(jì)劃背景顏色不同，便于操作工區(qū)分，點(diǎn)擊生產(chǎn)開始按鈕時(shí)彈出的提示框增加了圖片提醒，不僅醒目，也十分美觀，大大增加了下發(fā)批次時(shí)的無(wú)誤性，提高了生產(chǎn)效率；操作工啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，會(huì)彈出確認(rèn)窗口，增加了保險(xiǎn)機(jī)制。