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    1 前言

    許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監(jiān)控系統(tǒng)設計于2000年，并于2001年12月投入使用，是當時先進的制絲工藝的代表。然而隨著煙廠的擴大、技術(shù)的發(fā)展及新的工藝標準的推廣，原系統(tǒng)已無法滿足實際的生產(chǎn)要求，限制了煙廠的生產(chǎn)發(fā)展。

    1.1原網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)存在的問題

    由于原系統(tǒng)網(wǎng)絡采用C/S結(jié)構(gòu)，且當時技術(shù)上的限制，系統(tǒng)中存在數(shù)據(jù)量集中，系統(tǒng)負荷不均勻等特點。

    1.2原監(jiān)控系統(tǒng)介紹

    原設計的監(jiān)控系統(tǒng)是由IFIX 2.6開發(fā)的，其組成部分是：① 4臺集中監(jiān)控機，分別為：葉片線、葉絲線、摻配加香線和梗絲線；② 11臺段控機分別為：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、梗預處理、梗絲一線、梗絲二線和香料廚房；③ 2臺I/O服務器IOSVR1和IOSVR2組成。其中，I/O服務器與PLC建立連接，并組成主備份節(jié)點，其他除HXD外的監(jiān)控機通過遠程訪問I/O服務器建立起與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 HXD數(shù)據(jù)的客戶端是通過遠程訪問該節(jié)點來顯示和控制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服務器成為整個系統(tǒng)的一個瓶頸。


    為了解決該系統(tǒng)現(xiàn)存問題，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，對企業(yè)生產(chǎn)管理流程進行重組和優(yōu)化，促進企業(yè)生產(chǎn)管理水平的提高，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)的“數(shù)字化”，提高企業(yè)的市場競爭力。許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監(jiān)控系統(tǒng)改造項目對我方提出了具體的要求。

    2 系統(tǒng)總體設計

    2.1 總體結(jié)構(gòu)設計思想

    由于現(xiàn)在是所有的監(jiān)控機和上位管理系統(tǒng)都通過IO服務器進行數(shù)采，這樣不僅增加IO服務器的負擔，同時當服務器出現(xiàn)故障時，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)，改進后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為每個監(jiān)控機單獨與PLC直接通訊，同時準備兩臺個備用機，備用機上有各個監(jiān)控系統(tǒng)的備份，當某臺或者幾臺監(jiān)控機出現(xiàn)故障時，啟用備份機上的監(jiān)控系統(tǒng)來進行組織生產(chǎn)，而IO服務器主要用來為上位機管理系統(tǒng)提供數(shù)采服務。

    2.2 功能設計

    中控監(jiān)控系統(tǒng)要具備生產(chǎn)管理、過程監(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)控機需要具備。


    3 項目具體實施

    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)動器由原來的S_7升級到SI7。只是將軟件版本由原來的iFix 2.6中文版升級到iFix 4.5中文版。仍采用IFIX軟件主要是基于三點考慮：

    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)的大部分設備信息和操作方式并未作出修改，因此圖形界面開發(fā)時可以重用原系統(tǒng)中未作出修改的部分，原系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊也可導出來，直接導入到新的系統(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，只需要對iFix的SCU作出配置，系統(tǒng)搭建后，也可以通過修改SCU的相應配置來改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

   3.1.3 功能強大

    IFIX中具有數(shù)據(jù)庫管理器、閥值表、標簽組、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)庫管理器。數(shù)據(jù)庫管理器可以查看本地或遠程節(jié)點內(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，方便用戶對標簽進行排序，查詢，添加刪除等操作，而且數(shù)據(jù)塊可以在本地和遠程節(jié)點數(shù)據(jù)庫之間進行復制和粘貼操作。數(shù)據(jù)庫還具有導入導出功能，導出后的數(shù)據(jù)庫存為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應關(guān)系。比如可以將INT型數(shù)據(jù)與顏色之間建立對應關(guān)系。畫面上的元素，可以在動畫配置里調(diào)用閥值表，將數(shù)據(jù)源的值與顏色對應起來。利用閥值表利于維護，當需要修改對應關(guān)系時，只要修改閥值表即可。

    標簽組。標簽組可以建立符號和真實標簽的對應，其功能類似于閥值表。通過建立標簽組，就可以利用過一個畫面來完成多個類似過程的控制。比如貯柜信息的顯示等。利用標簽組可簡化工程項目，增加工程的靈活性，便于后期維護。

    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)點所需采集的數(shù)據(jù)，也可以定義遠程節(jié)點的數(shù)據(jù)。分組配置歷史數(shù)據(jù)的思想便于用戶對不同的數(shù)據(jù)配置具有針對性的采集模式。

    VBA后臺編程。iFix內(nèi)嵌VBA后臺，可充分擴展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)試自定義腳本來完成一些復雜操作。iFix不僅自帶很多控件，也可通過安裝VB組件來加載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服務器的負擔，同時實現(xiàn)管理數(shù)據(jù)采集和控制的分開，對監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做出了這樣的搭建方案：
中控室的四臺監(jiān)控機、兩臺備份機和I/O服務器均為SCADA端，可獨立訪問PLC。其中，服務器不具備監(jiān)控功能。服務器與中控室的各個監(jiān)控機分別組成主備節(jié)點，為現(xiàn)場工作站提供數(shù)據(jù)服務。HXD不做出改造。圖3為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計圖。


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

    3.3 主要功能的實現(xiàn)

    3.3.1 過程監(jiān)視

    集中監(jiān)視

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


    單機設備信息

    為主要設備，像回潮筒、加料機、烘絲機等設備開發(fā)了單機設備圖，在圖中有該設備的詳細信息、動畫效果及管路圖，用來反映主要單機設備的運行狀況、設備參數(shù)和工藝參數(shù)等。

     貯柜信息

    貯柜信息主要顯示煙牌信息、貯柜進出料量、電機運行狀況，布料車運行方向等。

     網(wǎng)絡故障診斷

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

    3.3.2 生產(chǎn)控制

    讀取生產(chǎn)計劃及下發(fā)參數(shù)

    為每臺監(jiān)控機安裝Oracle 10.0g的客戶端，且安裝VB組件。配置數(shù)據(jù)庫客戶端，使其與服務端相連。建立生產(chǎn)控制畫面，如圖5所示。


    畫面中，利用分層顯示將三個生產(chǎn)單元的信息集中在一起。生產(chǎn)計劃用MsFlexGrid控件來顯示。生產(chǎn)中的計劃背景為綠色，準備生產(chǎn)的計劃背景為白色。當點擊某條計劃時，其背景顏色更改為藍紫色，并且在下面的配方參數(shù)和啟動參數(shù)列表中顯示相應的參數(shù)信息。配方參數(shù)和啟動參數(shù)信息顯示在DataGrid控件中。讀取計劃、下發(fā)配方參數(shù)、下發(fā)啟動參數(shù)、生產(chǎn)開始、生產(chǎn)結(jié)束這些功能都是通過VBA編程來實現(xiàn)的。

    控制生產(chǎn)

    控制生產(chǎn)即，可以完成設備的啟動和運行。點擊圖5中的組合啟動和停止可以啟動和停止相應生產(chǎn)段的設備。

    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功能，這是因為只有混絲段可以進行貯柜之間轉(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)計劃。由于無法調(diào)用計劃，使得轉(zhuǎn)柜后目的柜沒有批次信息，影響操作。

    為了解決轉(zhuǎn)柜時的這些缺點，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是否是直接轉(zhuǎn)柜信號和直接轉(zhuǎn)柜啟動按鈕。當用戶選擇直接轉(zhuǎn)柜信號時原有組合啟動按鈕不可用，否則直接轉(zhuǎn)柜按鈕不可用。直接轉(zhuǎn)柜時，記錄源柜的號碼、批次、煙牌等信息及目的柜號到數(shù)據(jù)庫，并將源柜批次等信息寫入目的柜相應地址。


    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名為user1的用戶，設置其為超級用戶，在自動登錄節(jié)點中選擇該iFix的本地節(jié)點，并以GUEST用戶登陸。設置啟動畫面，并以運行模式登陸。


    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)中的用戶管理中設置的），當輸入結(jié)束后，程序會去查詢數(shù)據(jù)庫中是否有此用戶，如果沒有，則會報錯。如果此時與數(shù)據(jù)庫連接不上，則會彈出允許本地登錄的窗口，從而避免了因無法與數(shù)據(jù)庫連接而無法進行生產(chǎn)操作。輸入用戶名和密碼，點擊確定，后臺程序會將用戶信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進行比對，從而檢驗是否是有效用戶。成功登錄時，程序會將該操作員的信息及登錄時間寫入數(shù)據(jù)庫中。在該用戶系統(tǒng)退出時，程序會將該操作工退出系統(tǒng)的時間更新到數(shù)據(jù)庫中。下圖即為退出系統(tǒng)窗口，也是在VBA中自定義的窗體。


    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)絡中的數(shù)據(jù)擁擠現(xiàn)象；消除了由服務器帶來的瓶頸效應；降低了由于某臺機器，尤其是服務器的意外故障而帶來的無法正常生產(chǎn)的風險性；實現(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)進行維護，實現(xiàn)了管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的有機結(jié)合；為每個生產(chǎn)單元都設置一套對應的控制界面，其計劃列表里不同生產(chǎn)狀態(tài)的計劃背景顏色不同，便于操作工區(qū)分，點擊生產(chǎn)開始按鈕時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)批次時的無誤性，提高了生產(chǎn)效率；操作工啟動設備時，會彈出確認窗口，增加了保險