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基于三菱產品的Web的SCADA系統設計與實施

   2012年05月11日 16:47  
  摘要:隨著現代工廠信息自動化進程的加快,企業逐漸將管理、決策、市場信息和現場控制信息結合起來,實現ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution system)、PCS(Process Control System)三層信息一體化的解決方案。才能滿足企業信息自動化信息平臺的要求,它使采集和監控的數據得以開放,能被更多的管理系統、控制系統和使用者所訪問。
  
  前言
  
  隨著現代工廠信息自動化進程的加快,企業逐漸將管理、決策、市場信息和現場控制信息結合起來,實現ERP(EnterpriseResourcePlanning)、MES(ManufacturingExecut*tem)、PCS(ProcessControlSystem)三層信息一體化的解決方案。同時,企業內部之間以及與外部交換信息的需求也在不斷擴大,現代工業企業對生產的管理要求不斷提高,這種要求已不局限于通常意義上的對生產現場狀態的監視和控制,同時還要求把現場信息和管理信息結合起來,建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺,把企業的橫向通信(同一層不同節點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密在一起,通過對經營決策、管理、計劃、調度、過程優化、故障診斷、現場控制等信息的綜合處理,形成一個意義更廣泛的綜合管理系統。在PCS層中,只有具有Web功能的SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系統,才能滿足企業信息自動化信息平臺的要求,它使采集和監控的數據得以開放,能被更多的管理系統、控制系統和使用者所訪問。
  
  1、基于Web的SCADA系統與傳統的SCADA系統相比,具有以下優點:
  
  可以遠程訪問,使用戶雖遠離現場,亦可了解現場情況;
  
  報警方式的多途徑實現,不僅能在SCADA監控系統中顯示,還可以通過傳呼、甚至手機短信實現;
  
  一個用戶可監控多個過程,多個用戶可以監控同一過程,真正實現了數據的開放性及過程信號的透明化;
  
  儀器虛擬化,操作簡單,不僅可以進行現場數據記錄,更可以進行智能化分析;
  
  多種儀器、多種控制系統的協同工作,使全局自動診斷能力增強;
  
  既可在原有的PLC/DCS基礎上安裝,也可以獨立安裝,能夠實現與原系統的無縫連接。
  
  1.1開發需求與背景
  
  在塑料絕緣電線電纜生產過程中,有一極其關鍵的工序,即:塑膠工序,它是將絕緣PVC塑料擠制在導電線芯上,工藝要求其絕緣厚度必須在公差范圍內,否則為廢品。電線電纜生產廠家對此工藝特別重視,但廢品率仍然較高,為節能降耗,為某電線電纜生產廠家采用菱電公司的PLCA2SHCPU、現場總線CC-LINK控制器A1SJ61BT11以及Ethernet控制器A1SJ71E71-B5-S3開發了一套基于Web的SCADA系統,效果較好,為企業實現“工廠信息自動化”奠定了堅實的基礎。
  
  2、系統設計
  
  基于Web的SCADA系統的主要有以下幾部分組成:數據庫和WEB服務器、現場測控設備、監控設備、交換式以太網、瀏覽器等,其中交換式以太網是數據主通道。要真正實現基于Web的SCADA,不僅要考慮網絡技術和控制技術的特點,還要考慮現代控制系統的新特性。比如數據傳輸的可靠性和準確性,數據通信的準確性是遠程測控系統的首要要求,沒有可靠的數據是不可能進行控制的。還有某些設備的實時性要求,必須保證其優先級,另外協議的簡單化可實現少延遲,快速投遞,網絡數據庫的連接和更新不僅是動態的、實時的,而且要有高的編程效率和很好的兼容性,TCP/IP協議和現場總線協議的兼容性,真正達到數據暢通無阻。
  
  在設計中,車間級Intranet主要有車間Web服務器(用于外部Ethernet連接以及與班組網絡連接)、車間生產服務器(用于生產計劃、調度、報表統計等)以及車間控制服務器(車間生產控制流程、生產工藝控制、設備實時監控等)組成,與外部連接采用光纖通信介質,車間內部包括各班組服務器A2SHCPU+A1SJ71E71-B5-S3在內的各服務器均采用10MEthernet連接。考慮到設備的實時控制要求,采用了CC-LINK現場總線用以實時控制各生產設備的運行。塑膠車間的基于Web的SCADA系統結構圖見圖1所示。
  
  圖1:基于Web的SCADA系統結構圖
  
  2.1 A2SHPLC
  
  A2SHPLC由于增加了CC-Link的指令,且內置的性能諸如鋰電池、后備RAM、用戶存儲器、實時時鐘和一個靈活的通信口,使其能適應工業現場應用場合。
  
  2.2 CC-LINK現場總線
  
  CC-Link是Control&CommunicationLink(控制與通信鏈路系統)的簡稱,是三菱電機于1996年推出的開放式現場總線,其數據容量大,通信速度多級可選擇,而且它是一個復合的、開放的、適應性強的網絡系統,能夠適應于較高的管理層網絡到較低的傳感器層網絡的不同范圍。CC-Link是一個以設備層為主的網絡,一般情況下,CC-Link整個一層網絡可由一個主站和六十四個從站組成。網絡中的主站由PLC擔當,從站可以是遠程I/O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU和PLC本地站、人機界面、變頻器及各種測量儀表、閥門等現場儀表設備。且可實現從CC-Link到AS-I總線的聯接。CC-Link具有高速的數據傳輸速度,zui達可達10Mbps。CC-Link的底層通信協議遵循RS485,一般情況下,CC-Link主要采用廣播一輪詢的方式進行通信,CC-Link也支持主站與本地站、智能設備站之間的瞬間通信。
  
  CC-Link。具有性能、應用廣泛使用簡單節省成本等突出優點。
  
  2.3 基于Web的SCADA計算機管理網絡結構
  
  B/S(Brower/Server)結構是現行企業信息網絡的優選結構體系,在相同的性能需求下可以使整個計算機系統的投資大幅降低;其次,它具有很好的開放性、兼容性和容錯能力,并且易于功能和用戶的擴充。B/S結構體系實現了分布式協作處理業務。客戶機可以分布設置在企業的各個部門,分別進行各自的業務處理,而且具有協作處理和計算的環境,發揮各自特長相互協作運行,實現有效的管控一體化管理。
  
  2.4 Intranet與Infranet(InfrastructureNetworks)實時數據交換技術
  
  基于Web的SCADA開發的關鍵在于實現Infranet與Intranet之間信息傳送的有效性與可用性。動態數據交換DDE(DynamicDataExchange)是實現Infranet與Intranet集成的一種方便方法,尤其是在Infranet與Intranet之間具有中間系統或共享存儲器工作站時。基于DDE方法實現Infranet與Intranet集成的關鍵是:
  
  1)中間系統的通信處理機起溝通Infranet與Intranet的橋梁作用。通信處理機一方面是信息網絡的一個工作站,同時又是控制網絡中的一個工作站。在通信處理機上運行兩個應用程序,一個是實時通信程序,實現實時信息的接收、檢錯、信息格式轉換等功能,為信息網絡數據庫提供實時數據信息。另一個是數據庫訪問應用程序接口,它接收DDE服務器送來的實時數據并寫到數據庫服務器中,供信息網絡實現信息處理、統計、分析、管理等功能。
  
  2)為了能夠通過共享內存實現動態數據交換,在網絡控制器上安裝有WindowsServer2000、MicrosoftSQLServer6.5、PowerBuilder7.0以使之實現DDE功能。
  
  實時數據交換的過程為:首先,DDE客戶應用程序向DDE服務器應用程序發出請求,DDE服務器應用程序響應請求,雙方建立連接,開始對話。然后,DDE服務器應用可以和DDE客戶應用進行實時數據交換,DDE客戶應用可以訪問DDE服務器應用的數據庫。
  
  2.5 實時數據庫技術
  
  實時數據庫是基于Web的SCADA系統中數據處理和管理的核心,它的一個基本特征就是與時間相關性,與時間相關性包含兩個方面:1)數據與時間相關,2)數據的值隨時間而變化。實時數據庫要求無縫地集成了數據庫與定時性,但并不是數據庫技術和實時系統兩者的簡單結合,兼顧了常規數據庫處理能力和實時處理技術需求。不僅要求有并發處理能力,同時還要具有分布式網絡的功能,其中有1)實時數據模型包括數據結構、數據操作和完整性約束在內的實時數據模型,2)實時事務的模型與處理3)數據存儲與緩沖區管理。
  
  3、結束語
  
  企業信息化是我國國民經濟信息化的首要任務,而企業綜合自動化是企業的發展方向。基于Web的SCADA給企業信息化奠定了堅實的基礎。實現企業信息化與綜合自動化,不但要發展控制網絡,建設信息網絡,而且要注重控制網絡與信息網絡的集成,實現計算機協同工作與信息共享,這是未來數字企業的發展方向。

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