周德華

(中國煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，太原 030006)

目前，我國某些企業(yè)的信息化建設(shè)水平還無法滿足現(xiàn)代企業(yè)管理對自動化和信息化的需求，決策層無法實時高效地進(jìn)行調(diào)度決策，因此有必要將底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和信息管理網(wǎng)進(jìn)行集成，構(gòu)建完善的全廠監(jiān)控系統(tǒng)。筆者以某電解鋁廠的陽極焙燒車間為例，介紹采用IAS(Industrial Application Server)軟件平臺設(shè)計其監(jiān)控系統(tǒng)，解決該車間數(shù)據(jù)孤立的問題，使該車間的監(jiān)控數(shù)據(jù)能夠傳輸?shù)綇S級安全生產(chǎn)指揮中心，對陽極焙燒車間的生產(chǎn)運行情況進(jìn)行監(jiān)控，從而實現(xiàn)領(lǐng)導(dǎo)層的高效調(diào)度決策；同時，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的集成，實現(xiàn)工作人員采用Web即可瀏覽陽極焙燒車間和整個電解鋁廠的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對所有信息進(jìn)行統(tǒng)一高效管理，提高整個企業(yè)的信息化水平。

某電解鋁廠的陽極焙燒車間由SLC-500 PLC和專用設(shè)備進(jìn)行自動控制，主要由現(xiàn)場PLC站、DH+網(wǎng)、以太網(wǎng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、控制上位機(jī)、工程師站及操作員站等組成，如圖1所示。

圖1 某陽極焙燒車間監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

焙燒過程中溫度及壓力等參數(shù)通過以太網(wǎng)與上位機(jī)進(jìn)行信息交互；上位機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后執(zhí)行相應(yīng)的控制算法，向現(xiàn)場PLC站發(fā)送控制指令，對爐溫根據(jù)預(yù)先設(shè)定的曲線進(jìn)行升溫；現(xiàn)場PLC站則完成現(xiàn)場所有設(shè)備的閉鎖聯(lián)鎖安全控制、調(diào)節(jié)工業(yè)參數(shù)并執(zhí)行控制指令。焙燒的主控系統(tǒng)配有上位機(jī)和打印機(jī)，可以對過程控制參數(shù)進(jìn)行分析、整理和打印。焙燒煙氣凈化系統(tǒng)由3臺SLC5/04 PLC控制，3臺PLC由DH+總線連接，最后接入煙氣凈化系統(tǒng)的工控機(jī)；總操作員站對焙燒煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取和控制；重油輸送系統(tǒng)由AB SLC5/04 PLC控制，此PLC中自帶RS232串行通信接口，通過RS232/IP轉(zhuǎn)換模塊1761-NET-ENI，用以太網(wǎng)方式經(jīng)小型交換機(jī)接入兩臺上位機(jī)。1761-NET-ENI RS232/IP轉(zhuǎn)換模塊是網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備，可為具有RS232接口的設(shè)備提供IP接口，SLC5/04 PLC即為具有RS232接口的設(shè)備。1751-NET-ENI通信模塊在設(shè)備間起隔離作用，消除或減少各設(shè)備間的相互干擾，而且能夠根據(jù)應(yīng)用需要確定節(jié)點設(shè)備的數(shù)量，減少投資，并且有利于系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展。

為了完善陽極焙燒車間監(jiān)控系統(tǒng)并提升底層自動化系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)對焙燒車間生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的集中監(jiān)控，將焙燒系統(tǒng)接入整個電解鋁廠監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，如圖2所示。

圖2 焙燒車間接入全廠監(jiān)控環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 軟件部分

IAS具有對簡化分布式自動應(yīng)用程序的開發(fā)、工廠建模和維護(hù)的基礎(chǔ)應(yīng)用結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)對底層數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)分析、報警及協(xié)作等功能。IAS平臺包括：GalaxyRepository(GR)是配置信息數(shù)據(jù)庫，用以存儲和更新整個項目的配置信息；IDE為集成開發(fā)環(huán)境，可以對工程對象建模，如對象的建立、底層控制設(shè)備的點位信息管理及對象的部署等，同時可在該集成開發(fā)環(huán)境中安裝InTouch設(shè)計監(jiān)控畫面，因此一般以裝有IDE的計算機(jī)作為工程站；DA ServerNode為數(shù)據(jù)訪問服務(wù)器，通過DA Server可以連接工業(yè)控制現(xiàn)場設(shè)備，完成現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)的讀取和控制功能；Factory Suite Gateway(FS Gateway)是Wonderware Factory Suite套件中的網(wǎng)關(guān)軟件，可看作協(xié)議轉(zhuǎn)換工具，通過它即可用DDE及OPC Client等方式連接，F(xiàn)S Gateway也可作為OPC服務(wù)器。

2.1 軟件平臺的搭建

為實現(xiàn)陽極焙燒系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享、集中調(diào)度并實現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)航，需構(gòu)建電解鋁廠信息平臺，該信息平臺集成了陽極焙燒車間和其他子車間的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。監(jiān)控信息平臺的構(gòu)建內(nèi)容有：建立廠級監(jiān)控數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對監(jiān)控信息的存儲，提供標(biāo)準(zhǔn)功能組件和標(biāo)準(zhǔn)接口供其他程序調(diào)用；配置SCADA，實現(xiàn)新增自動化系統(tǒng)和調(diào)度指揮中心對實時生產(chǎn)信息進(jìn)行監(jiān)控、報警、記錄與分析；配置高性能客戶端工具軟件，對實時生產(chǎn)信息進(jìn)行計算、統(tǒng)計與分析；配置Web企業(yè)門戶軟件，支持基于B/S模式綜合信息瀏覽。筆者選用Wondeware的相關(guān)軟件，采用Application+InSQL架構(gòu)的某電解鋁分公司的以生產(chǎn)管理與監(jiān)控為中心的集成平臺(圖3)。

綜合信息瀏覽采用B/S模式，在計算機(jī)終端綜合顯示各管理和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)應(yīng)用導(dǎo)航，用戶授權(quán)后即可采用Web方式讀取工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，了解生產(chǎn)運行情況。生產(chǎn)管理調(diào)度層運行以Wonderware Industrial Application Server系統(tǒng)套件為基礎(chǔ)構(gòu)件的MES系統(tǒng)。

圖3 Application+InSQL架構(gòu)的生產(chǎn)管理與監(jiān)控集成平臺

2.2 基于OPC的IAS與PLC的通信

為了采集工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，設(shè)計實現(xiàn)上位機(jī)應(yīng)用軟件和底層控制設(shè)備的數(shù)據(jù)通信，只有底層的控制器有相應(yīng)的通信接口驅(qū)動程序，信息交互才能實現(xiàn)。IAS和底層PLC的通信也需要這一接口程序來實現(xiàn)，此處采用OPC技術(shù)解決此問題。

焙燒車間底層控制器采用AB PLC，在監(jiān)控服務(wù)器上裝有AB PLC的通信驅(qū)動軟件RSlinx，由于焙燒車間的PLC已經(jīng)接入了監(jiān)控環(huán)網(wǎng)，所以在監(jiān)控服務(wù)器上即可瀏覽到焙燒車間的PLC，因此只需進(jìn)行本地OPC通信即可；由于焙燒煙氣凈化噴淋系統(tǒng)的底層設(shè)備采用DH+網(wǎng)絡(luò)，所以無法瀏覽到底層PLC，需要通過遠(yuǎn)程OPC技術(shù)讀取網(wǎng)關(guān)(本工程中為工控機(jī))對焙燒煙氣凈化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。實現(xiàn)遠(yuǎn)程OPC數(shù)據(jù)傳輸需進(jìn)行DCOM配置。

ArchestrA IDE為IAS2.0集成開發(fā)環(huán)境，包括OPC客戶端配置、OPC通信的建立、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與部署及InTouch組態(tài)界面的設(shè)計等。在IDE集成開發(fā)環(huán)境中對整個工業(yè)現(xiàn)場對象建模，如AppEngine及OPC Client area等，將建好的模型信息儲存在GalaxyDatabase數(shù)據(jù)庫中；同樣在IDE中將建好的對象部署(Deploy)到Application Server服務(wù)器中。

IAS2.0可以與RSlinx進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其中OPC服務(wù)器為RSlinx，客戶端為IAS2.0系統(tǒng)平臺。OPC配置界面如圖4所示，Server node為OPC服務(wù)器計算機(jī)名稱，Server name是OPC Server的軟件名稱(即RSlinx通信軟件)。此開發(fā)環(huán)境的部署界面如圖5所示。

圖4 IDE開發(fā)環(huán)境OPC配置界面

圖5 IDE開發(fā)環(huán)境部署界面

如圖6所示，整個底層PLC與其他設(shè)備的點位信息都統(tǒng)一集中在該平臺下，便于統(tǒng)一管理、修改與部署，節(jié)省了開發(fā)時間。

圖6 IDE開發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)管理界面

在該平臺下即可進(jìn)行組態(tài)畫面的設(shè)計，也可以在獨立的InTouch工程中設(shè)計畫面，然后導(dǎo)入該平臺實現(xiàn)整個工程項目組態(tài)界面的集成。

2.3 監(jiān)控界面

筆者采用WindowMake設(shè)計InTouch上位機(jī)畫面，此開放環(huán)境設(shè)計圖形界面的方法和功能很強(qiáng)大，并設(shè)有腳本編輯器。在監(jiān)控系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)界面主要以圖形化方式向用戶展示整個陽極焙燒系統(tǒng)各子系統(tǒng)的工藝流程和各位置的工藝參數(shù)。工作人員可以通過該運行界面查看焙燒車間的實時運行數(shù)據(jù)和系統(tǒng)運行狀況。系統(tǒng)運行界面如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)運行界面

3 結(jié)束語

基于IAS軟件平臺的電解鋁廠陽極焙燒車間監(jiān)控系統(tǒng)，解決了與其他子車間的異構(gòu)控制網(wǎng)、以太網(wǎng)、視頻監(jiān)控網(wǎng)與數(shù)據(jù)相互孤立的現(xiàn)狀，使底層設(shè)備控制層、生產(chǎn)過程監(jiān)控層和信息管理系統(tǒng)實現(xiàn)了高效集成，能夠自動采集工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的高度共享；完善和提高了工業(yè)現(xiàn)場的自動化程度，解決了原底層自動化系統(tǒng)存在的問題；實現(xiàn)監(jiān)控網(wǎng)和信息管理網(wǎng)的有效集成，通過對底層運行狀況、控制參數(shù)和數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計與逐級匯總，分層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的逐級傳遞、上級對下級的生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)，實現(xiàn)了控制和管理的有效集成，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)、各種圖形和報表的分析，為決策層提供實時數(shù)據(jù)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率。