一、系統(tǒng)特點(diǎn)與要求
打葉復(fù)烤線是用來對(duì)煙葉進(jìn)行加工,使其滿足存儲(chǔ)與制絲的工藝要求,是為卷煙企業(yè)提供煙葉原料的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)線分為預(yù)處理段、打葉段、復(fù)烤段、除塵段。各段共同組成煙葉生產(chǎn)流水線。整條生產(chǎn)線設(shè)各繁多,分散,分布時(shí)變參數(shù)多信息交互量大是復(fù)雜的生產(chǎn)過程系統(tǒng)。因此需要構(gòu)建
SCADA系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的檢測(cè)與控制。系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的總體要求是:
1)為滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)控需求,系統(tǒng)要有高可靠性,數(shù)據(jù)交換要決速,抗*力強(qiáng),要采用分層控制方式關(guān)鍵部分采用冗余技術(shù)。
2)具有良好的圖形界面,能夠動(dòng)態(tài),直觀地反映整條生產(chǎn)線的工藝流程,設(shè)各狀態(tài)便捷的操控界面,完善的報(bào)警功能,以及完善的趨勢(shì)分析等。
3)生產(chǎn)線分為多個(gè)工序段,為了生產(chǎn)協(xié)調(diào)需要能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶,多點(diǎn)分布監(jiān)控,有利于現(xiàn)場(chǎng)各工序點(diǎn)及時(shí)、快速對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)作出反應(yīng)。
4)要能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管埋功能,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換。并可通過ODBC.SQL等技術(shù)與管理層數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
SCADA監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用PC+Ethernet+PLC+IN-TERBUS模式構(gòu)建,系統(tǒng)分為:設(shè)備層、控制層、監(jiān)控管理三層網(wǎng)絡(luò),監(jiān)控管理層根據(jù)工業(yè)Ethernet協(xié)議構(gòu)建,PC通過交換機(jī)組成局域網(wǎng),實(shí)現(xiàn)客戶/服務(wù)器分布式監(jiān)控、管埋控制層采用INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(FCS)連接PLC、分布式I/O.FCS儀表構(gòu)成控制網(wǎng):設(shè)各層包括各種傳感器和執(zhí)行器2.1PLC+INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
控制器采用德國Phoenix公司PC-BASE主控器RFC430,它集成了工業(yè)Ethernet網(wǎng)接口,RS-232和INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口,通過INTERBUS總線與遠(yuǎn)程分布式站點(diǎn)件進(jìn)行數(shù)字化信息交換同時(shí)通過Ethernet網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)Ethernet和FCS耦合。RFC430控制器1k字指令執(zhí)行時(shí)間為0.1ms,保證控制的實(shí)時(shí)性??刂瞥绦虿捎肍lash卡存儲(chǔ),防止數(shù)據(jù)的丟失。采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的PCWORX控制軟件開發(fā)了功能塊圖(FBD)程序,實(shí)現(xiàn)了各段工藝流程控制.
INTERBUSFCS,采用集總幀傳輸協(xié)議,有效數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)52%,掃描4096I/O點(diǎn)的時(shí)間僅為7.8ms(500Kbps)。而且INTERBUS采用了光纖傳輸,降低了電磁干擾造成的故障:同時(shí)INTERBUS具各強(qiáng)大的故障診斷功能因此滿足了系統(tǒng)下位控制實(shí)時(shí)性、可靠性的要求
由于采用了FCS技術(shù),減少了現(xiàn)場(chǎng)布線,降低了安裝成本,系統(tǒng)擴(kuò)展性好。5套R(shí)FC430控制器(用于相應(yīng)的工藝段控制)設(shè)置于主控柜內(nèi);根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各分布需要,就近安裝控制子站用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各信號(hào)的采集、控制。子站采用終端IBSST24BK-LK模塊(相當(dāng)于遠(yuǎn)程和本地網(wǎng)的交換樞紐,完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換),連接到INTERBUS總線,同時(shí)在本地子站掛接各種I/O模塊,其處理的信號(hào)類型包括4-20mA,110V,熱電偶、熱電阻等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).
由于INTERBUS總線開放性,大量選用了符合INTERBUS標(biāo)準(zhǔn)的Lenze變頻器,ABB的軟啟動(dòng)器、紅外水分儀,E+H的電磁流量計(jì)等,它們通過INTERBUS光纖接口模塊直接掛接到INTERBUS總線上,實(shí)現(xiàn)了儀表設(shè)備所有參數(shù)數(shù)據(jù)的全數(shù)字式采集和設(shè)置,充分發(fā)揮了智能儀表的分散控制功能;大大減少了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸造成的衰減和干擾口適應(yīng)了復(fù)烤線控制器件多,位置分散、易受干擾的特點(diǎn)。由于下位控制系統(tǒng)的*性為上位監(jiān)控提供了可靠、的數(shù)據(jù)支持。
2.PC+Ethernet網(wǎng)
根據(jù)生產(chǎn)的需要在每個(gè)關(guān)鍵工序段設(shè)置監(jiān)控站對(duì)本段設(shè)備進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控;同時(shí)在中控室對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行集中監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)了多用戶、集中/分布式監(jiān)控。在中控室,配置兩臺(tái)高性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫服務(wù)器,通過NCRLifeKeeper雙機(jī)容錯(cuò)軟件包和磁盤陣列實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備容錯(cuò),以防止數(shù)據(jù)受到意外事故,造成數(shù)據(jù)丟失口其型號(hào)為IBMNetfinity5600選用兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)分別用來對(duì)生產(chǎn)線的前/后段進(jìn)行集中監(jiān)控。主機(jī)采用IBM電腦,SONY21寸高清晰顯示器。同時(shí)在工序段現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置7臺(tái)ICP工控機(jī)。并增加管理、編程計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程、故障診斷、設(shè)備管理。通過UPS對(duì)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、主控器、報(bào)表打印機(jī)HP8550DN進(jìn)行單獨(dú)供電,防止掉電造成生產(chǎn)停機(jī)。
在中控室放置一臺(tái)ForeSystemESX3000交換機(jī),負(fù)責(zé)連接5套InterbusFCS系統(tǒng)、監(jiān)控機(jī)、服務(wù)器、管理、編程計(jì)算機(jī)。并采用4臺(tái)CISCOCATALYST2950交換機(jī),負(fù)責(zé)連接各工序段的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站、新增鋪把、精選、環(huán)境除塵、潤葉PLC.形成一個(gè)完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由于采用了工業(yè)Ethernet交換網(wǎng)技術(shù),降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷,減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源爭奪造成的沖突,通信的“確定性”和實(shí)時(shí)性得到保證。
根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的各種參數(shù)指標(biāo)和控制要求,服務(wù)器數(shù)據(jù)庫采用MSSOLServer2000.它擔(dān)任整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的據(jù)服務(wù)工作,構(gòu)建客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。監(jiān)控軟件采用澳大利亞悉雅特公司Citect工業(yè)組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā),運(yùn)行于Windows2000平臺(tái)。Citect組態(tài)軟件由ConfigurationEnvironment(組態(tài)環(huán)境)和RuntimeSystem(運(yùn)行環(huán)境)兩部分組成。
3.通信方式
Citect和RF430主控器采用了OPC方式進(jìn)行通信,在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運(yùn)行PhoenixContact公司的InterbusOPCServ-er:通過它來訪問控制器RF430上需要監(jiān)控的數(shù)據(jù),所有Citect監(jiān)控程序作為其客戶端.client利用DCOM技術(shù),通過局域網(wǎng)對(duì)運(yùn)行于Windows/2000平臺(tái)的OPCSERVER進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問,實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)的透明訪問。OPCServer為基于Windows的應(yīng)用程序Citect和PLC控制程序建立了橋梁,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放和互操作。
OPC使Citect監(jiān)控與RF430控制程序的數(shù)據(jù)通訊非常方便、可靠。OPCServer根據(jù)配置變量表,循環(huán)訪問的PLC.并緩存所獲得的變量;同時(shí)客戶端Citect與緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。OPC通信方式數(shù)據(jù)刷新率很高,響應(yīng)能力強(qiáng)。(如監(jiān)控變量分為tPD/DA和CSV兩種。其循環(huán)更新時(shí)間對(duì)tPD/DA為1000Byte小于50ms,對(duì)csv變量1000Byte小于500ms.)保證了數(shù)據(jù)的更新速度,滿足了監(jiān)控和下位控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信要求。
對(duì)于新增PLC由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較少,采用以太網(wǎng)直接通信方式,在西門子S7-300端增加CP343-1Ethernet模塊GE控制器端采用CCM通信模塊,通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)和Citect監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。原監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際點(diǎn)數(shù)為2700多點(diǎn),選用了3000點(diǎn)檔的*。為節(jié)約成本并未升級(jí)組態(tài)軟件點(diǎn)數(shù)。采用軟“壓縮”和軟“解壓縮”也同樣解決由于新增PLC控制系統(tǒng)而造成點(diǎn)數(shù)不夠的問題口辦法是:先通過下位機(jī)PLC功能將點(diǎn)數(shù)壓縮,將個(gè)獨(dú)立的控制點(diǎn)組合為16個(gè)一組,及一個(gè)字,通過字進(jìn)行通信,相當(dāng)于16:1的壓縮比,然后在上位機(jī)Citect中將這些字信息解壓縮,及將這些字分解為有實(shí)際意義的位信息。如VarWord是由PLC傳送到上位機(jī)的一個(gè)包含16位信息的整形變量。因?yàn)閿?shù)值量只有0,1兩種狀態(tài),所以要判斷16位中的第n為采用下式:VarBit-n=VarWordBLAND(2n),BitAND是與運(yùn)算指令,布爾型值,根據(jù)上式結(jié)果,即可執(zhí)行相應(yīng)的操作。節(jié)約了經(jīng)費(fèi)開支實(shí)現(xiàn)了同樣的控制。
三、監(jiān)控程序設(shè)計(jì)
利用Citect為監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài),使監(jiān)控界面友好,易于操作,圖形形象豐富能以動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并開發(fā)了完善的管理功能,方便了操作人員監(jiān)控,減輕了其勞動(dòng)強(qiáng)度。中控站完成生產(chǎn)線所有畫面的顯示與上位操作各現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)站分別完成每個(gè)工序段的監(jiān)控。共開發(fā)了有70多幅監(jiān)控畫面。
(1)各段工藝流程圖
包括打葉段的打葉、風(fēng)分機(jī)組、煙葉輸送設(shè)備烤片機(jī)各區(qū)設(shè)備預(yù)處理煙葉解把、切尖、潤葉、加料設(shè)備的流程總貌圖。各工藝段又劃分為:設(shè)備動(dòng)態(tài)顯示圖水分、溫度、加料、轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)圖變量趨勢(shì)畫面分析圖等。
1)由于整條生產(chǎn)線使用了近400多臺(tái)各型電機(jī)并且電機(jī)又分為:變頻、軟啟動(dòng)器、接觸器三種控制方式。如何快速、簡潔她反映各種電機(jī)的狀態(tài),是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。對(duì)此我們采用了Citect的GENIES,SUPERGENIES(精靈、超級(jí)精靈)來實(shí)現(xiàn)。首先用超級(jí)精靈構(gòu)建一個(gè)電機(jī)類,為該類添加各種屬性和方法:根據(jù)電機(jī)實(shí)際信號(hào),通過顏色、文字來反映其的狀態(tài),如故障、運(yùn)行、停止等屬性手動(dòng)啟/停等方法。然后建立精靈,它在畫面中代表電機(jī)的簡略圖,根據(jù)不同的顏色表示電機(jī)的啟/停、故障、隔離開關(guān)的閉/合。然后在精靈中編寫腳本,調(diào)用超級(jí)精靈(點(diǎn)擊精靈后彈出超級(jí)精靈,詳細(xì)反映電機(jī)狀態(tài))。AssPopUp(“!mo-Tor_Vf","空氣開關(guān)%”,“%隔離開關(guān)%”,“%運(yùn)行指示%”,“%變頻器狀態(tài)%”,“%電機(jī)名稱%”“%電機(jī)號(hào)%”“%額定功率%”,“%額定電流%”);!motor_vf是被調(diào)用的超級(jí)精靈其后是電機(jī)的結(jié)構(gòu)變量(相當(dāng)于型參),對(duì)不同的電機(jī)實(shí)例賦予不同的實(shí)參,即可完成電機(jī)的類調(diào)用實(shí)現(xiàn)了類模塊化開發(fā),大大提高了效率對(duì)于20多個(gè)“軟控制器”采用了同樣的方祛來開發(fā)包括控制器的狀態(tài)(MAN/AUTO),內(nèi)/外控的切換、調(diào)節(jié)參數(shù)、SP.PV.OP值及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)曲線的顯示,并對(duì)SP/PV進(jìn)行分析,以便及時(shí)進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)節(jié)以滿足控制工藝要求。
2)利用趨勢(shì)圖可以直觀地分析設(shè)定量與被控量的關(guān)系,評(píng)估控制效果,并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整應(yīng)用Citect提供的大量內(nèi)部函數(shù),可實(shí)現(xiàn)了對(duì)趨勢(shì)圖靈活控制,如TrendSelectPen選擇要顯示的趨勢(shì)(TREND)變量;為用別的軟件分析當(dāng)前的趨勢(shì)數(shù)據(jù),編寫函數(shù)ExportFileButton把當(dāng)前趨勢(shì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV或dBASEⅢ格式文件,以便分析〔如SPC控制)、顯示和存儲(chǔ)TrnPrint實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)圖的打印.
?。?)組合操作
包括遠(yuǎn)程、本地控制,單機(jī)、閉鎖、自動(dòng)選擇,組合啟動(dòng)/停止、煙葉進(jìn)出儲(chǔ)柜選擇等功能。操作員通過監(jiān)控計(jì)算機(jī),選擇控制方式,發(fā)出指令到主控器,完成相應(yīng)的操作如在監(jiān)控畫面上按下“打葉段啟動(dòng)按鈕”則調(diào)用Start-Dy()函數(shù),發(fā)出生產(chǎn)線啟動(dòng)脈沖.IFMessage("確認(rèn)","起動(dòng)打葉段嗎?",33)=0THENDy_autostart=1;//啟動(dòng)變量SIeepMS(500);//延時(shí)Dy_autostart=0;//復(fù)位
(3)報(bào)警功能
報(bào)警包括開關(guān)量報(bào)警如:變頻器故障、空開跳閘、安全限位開關(guān)報(bào)警模擬量報(bào)警如:水分過高/過低,蒸汽壓力報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警如通信I/OServer故障等。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)通過腳本進(jìn)行判斷,如有異常情況,則進(jìn)行的文字、語音提示。而且編寫腳本AIarmDspLast在主畫面醒目的位置顯示的報(bào)警.語音報(bào)警程序如下:
tasknew("soundtaskl","",8)//觸發(fā)語音報(bào)警函數(shù)soundtaskl,參數(shù)8為調(diào)用模式
FUNCTIONSoudtaskl()DspPIaySound("[run]:soundl.waV",0);//語音報(bào)警
文字報(bào)警首先組態(tài)報(bào)警類別,包括報(bào)警文本顯示格式、故障發(fā)生/消除時(shí)間,報(bào)警設(shè)備、內(nèi)容描述、確認(rèn)顏色等,然后在類別中添加控制器中需要報(bào)警的變量.
故障發(fā)生進(jìn)行提示的同時(shí)把報(bào)警記錄存入ASCⅡ_DEV類型設(shè)各ALARMLOG中,生產(chǎn)結(jié)束時(shí)觸發(fā)SOL腳本,通過ODBC方式把報(bào)警記錄存入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。以便將來查閱分析排除故障后,調(diào)用腳本來確認(rèn)報(bào)警通過這些措施實(shí)現(xiàn)了決速、直觀的故障診斷為生產(chǎn)維護(hù)帶來了極大的方便:同時(shí)通過統(tǒng)計(jì)、分析歷史故障有助于設(shè)各故障的預(yù)防維護(hù)。
?。?)控制設(shè)備參數(shù)表
用于設(shè)定各工藝段的煙葉的加工參數(shù)如:電子稱流量,煙葉水分、溫度、電機(jī)轉(zhuǎn)速等等。
(5)管理功能
主要利用CicodeEditor編寫腳本,實(shí)現(xiàn)煙葉生產(chǎn)相關(guān)的管理。
1)由于加工的煙葉根據(jù)特性分為42個(gè)等級(jí),對(duì)不同的等級(jí)需要采用不同的加工參數(shù),因此建立配方數(shù)據(jù)庫,根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行配方的查尋、調(diào)用、更改、增減。開發(fā)中采用了SQL腳本通過ODBC方式的訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫SQLSERVER實(shí)現(xiàn)了煙葉加工的配方管理具體過程:首先在SQlServer中建立表PeiFang用于存儲(chǔ)煙葉加工配方參數(shù),并在Cltect實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中組態(tài)dBASE數(shù)據(jù)表RECIPE.DBF,用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存在打開配方管理的事件中調(diào)用函數(shù)OpenRecipeQ.獲得RECIPE.DBF的句柄hReclpe-DevOpen("RECIPE0),然后調(diào)用函數(shù)UpdateForm()用RECIPE中的數(shù)據(jù)更新參賽表配方選用事件調(diào)用Selec-tRecipe()函數(shù)把參賽表直接賦給PLC用于實(shí)際生產(chǎn)配方查尋事件調(diào)用SearchFormQ函數(shù)根據(jù)查尋條件從表PeiFang獲取數(shù)據(jù),存入RECIPE表中并調(diào)用函數(shù)UpdateFormQ更新參賽表,完成查尋配方更換事件調(diào)用函數(shù)UpdateReclpe()。把現(xiàn)在生產(chǎn)所使用的配方參數(shù),更新表PeIFahg,實(shí)現(xiàn)配方的更新杳尋流程如圖1,查尋分為煙葉配方號(hào)(NoFlag)、煙葉等級(jí)CGradeFlag)兩種方式SQLExec執(zhí)行查詢hSQL為連接數(shù)據(jù)庫后返回的句柄QUERYSTR為查詢字符串UpdateForm腳本函數(shù),用于更新配方顯示參數(shù)表。
2)統(tǒng)計(jì)包括生產(chǎn)產(chǎn)量、有效作業(yè)率兩方面對(duì)每個(gè)班組產(chǎn)量統(tǒng)計(jì),首先在控制程序中對(duì)動(dòng)態(tài)電子皮帶稱煙葉重量脈沖累加,得到投料累計(jì)重量,利用腳本寫入數(shù)據(jù)庫而有效作業(yè)率是根據(jù)控制系統(tǒng)狀態(tài)(包括故障,生產(chǎn),暫停)標(biāo)志進(jìn)行時(shí)間累加,并計(jì)算得到zui后對(duì)每個(gè)班的生產(chǎn)有效作業(yè)率,產(chǎn)量進(jìn)行報(bào)表打印組態(tài),作為班組考核依據(jù).
?。?)系統(tǒng)的安全性
為防止未經(jīng)*的人員進(jìn)入系統(tǒng),進(jìn)行操作、修改,設(shè)置了不同級(jí)別的操作權(quán)限,不同的用戶只能根據(jù)權(quán)限進(jìn)行相應(yīng)的操作本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)管理員級(jí)、生產(chǎn)管理員級(jí)、操作員級(jí)、電氣修理員級(jí)四種不同的權(quán)限。管理員級(jí)、電氣修理員級(jí)可進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù);操作員級(jí)進(jìn)行日常的操作生產(chǎn)管理員級(jí)可以進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置。具體實(shí)現(xiàn)如下:首先在數(shù)據(jù)庫表vwUser中定義用戶名,密碼,權(quán)限。然后根據(jù)輸入用戶名通過SQL查詢其權(quán)限,對(duì)RCltect用戶權(quán)限級(jí)別設(shè)置,賦予登錄者不同的操作權(quán)限防止了無*操作同時(shí)對(duì)每臺(tái)監(jiān)控機(jī)的所有操作時(shí)間、內(nèi)容,操作人員編寫函數(shù)TransLog進(jìn)行記錄,一但出現(xiàn)問題便于檢查通過這些措施,保證了系統(tǒng)的安全性。
圖1
四、結(jié)束語
本監(jiān)控系統(tǒng)自2004年8月在紅塔集團(tuán)復(fù)烤車間投入運(yùn)行以來,運(yùn)行穩(wěn)定、可靠、監(jiān)控程序功能完善、有效、設(shè)計(jì)*。實(shí)現(xiàn)了煙葉生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控由于采用了Fcs+Ethernet的分級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),數(shù)據(jù)傳輸吞吐率、可靠性高、抗*力強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)方便、靈活。