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    昆船技術中心中控系統所 徐 瑾

    摘要：本文詳細介紹了iFIX軟件在煙草制絲線的集成應用，對軟件本身的特點進行了較深入的分析。結合在青島卷煙廠制絲車間的項目，詳細描述了用iFIX監控軟件構建的集中監控系統的技術架構及在實際項目當中所應用到的各種異構系統的信息集成方式。

    關鍵詞：異構系統；信息集成；集中監控系統

    1 項目背景

    近幾年，隨著自動化控制技術的發展，特別是信息技術的快速發展，工業自動化和管理信息化的結合已成為工業控制系統的發展趨勢。

    在青島卷煙廠易地技術改造項目中，青島卷煙廠將在新建聯合工房內建一條完整制絲生產線，其中包括一條葉片線、兩條葉絲線、一條梗線、一條梗絲線、一條混絲線及新建一個片煙配方庫、一個成品煙絲庫、新建一套香料廚房系統、一套異味處理系統、一套集中除塵系統輔助生產操作。為了現實制絲線自動化生產和高度的集中控制管理，青島卷煙廠需要建設一套適合青島卷煙廠生產和管理要求的制絲線自控及集成管控一體化系統。

    2 項目需求

    青島卷煙廠自2006年異地搬遷之后，在新的制絲生產線上，新增MES、振動監測、Web發布、制絲車間底層控制等多個控制系統。其中底層控制系統既有AB的PLC，也有西門子的PLC，是多種類型控制系統混合存在的。為了實現將青島制絲車間各異構系統信息集成，要求實現多種通訊協議的共存、不同數據庫的相互訪問、不同應用軟件之間有必要的接口能夠實現數據交互。

    異構集成系統不僅可實現車間層與企業戰略層及現場執行層的縱向信息集成，還可實現車間之間各子系統的橫向信息集成，實現了真正意義上的信息集成與共享，可滿足企業處理大量個性化市場信息的需要。

    3 解決方案簡介

    青島制絲線集中監控系統首先是設備控制系統的圖形化體現和生產管理系統與生產控制系統的交互層。集中監控系統以I/O服務器為核心，通過工業以太網絡將制絲線各生產線的主控PLC、各個控制段以及單機控制系統的主控PLC和I/O服務器連接起來，實現方便快捷的數據交換，并最終由I/O服務器將采集的數據提供給車間數據庫服務器、監控計算機、現場操作查詢終端進行集中監控和信息查詢，同時通過Web服務器將生產線的實時監控信息發布到廠級管理部門，便于整個煙廠的相關部門都能夠方便快捷的實時獲取制絲線的生產信息，了解生產進度和協調生產過程，徹底消除制造環節的“信息孤島”；集中監控系統的根本目的是對生產過程以圖形化的方式進行監視和控制；是實時過程數據信息的可視化網關；是設備控制系統、車間振動監測系統、生產管理系統和廠級MES系統之間的信息集成粘合劑，是各個控制子系統信息集成的信息匯合點。

    整個集中監控系統的層次定位如圖1所示。

                  
                                   圖1  集中監控系統功能定位
    3.1 集中監控系統技術架構

    整個集中監控系統的技術架構在設計上分為4個層次：1）應用層；2）平臺層；3）數據服務層；4）通訊服務層。

    其中通訊層位于設備控制系統系統、生產管理系統、廠級MES系統和數據服務層之間，主要完成底層I/O通訊、工業以太網通訊、過程數據采集和與其它業務系統的接口數據交換等功能。

    通過通訊層來實現實施數據、業務數據在各個系統中的交互。

    整個集中監控系統的技術架構如圖2所示。
                    
                                圖2  集中監控系統的技術架構
    為實現青島卷煙廠制絲車間全面有效整合企業資源，使企業運行控制、數據資源服務、監控和管理有效的統一起來，并具備易于維護、方便調整和靈活配置的特點。

    3.2 iFIX技術優勢

    考慮到整個集中監控系統的可集成性、可擴展性和通用性的設計原則，綜合分析比較了國際上流行的幾大HMI/SCADA軟件平臺，GE智能平臺提出了使用iFIX監控軟件建立集中監控系統來構建網絡協同集成子系統，專門用來進行車間級各異構系統的信息集成。

    iFIX是基于Windows平臺上的功能強大的自動化監視與控制的軟件解決方案，具有以下幾個特點。
   
    ◇ 開放性

    iFIX集成微軟的VBA(Visual Basic for Applications)在自己開發環境中。用戶在VBA環境中編寫程序，可以使用DDE，ActiveX控件，ODBC，COM／DCOM 等技術使得自動化軟件演變成開放的軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根據自己的需要進行二次開發。

    ◇ 分布式網絡結構

    iFIX提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統提供最大的可擴展性。 iFIX分布式、客戶/服務器結構包括了可靈活構造的服務器 (SCADA Server) 和客戶端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX網絡中數據的讀取都通過標識SCADA Server節點名、數據點名及數據域（如CV表示當前值）來識別。iFIX不但可以滿足當前系統應用的需要，還可以在將來需要的時候隨時方便地擴展系統規模。

    ◇ 強大的冗余功能

    iFIX提供了強大而靈活的多重冗余功能，保證系統的不間斷監控，包括備份SCADA服務器、LAN冗余以及利用網絡狀態服務器和iFIX診斷顯示程序監視、控制網絡運行狀態。此外，在主服務器和備用服務器同時啟動、運行時，iFIX實現報警同步，避免對同一報警的重復響應。

    ◇ iWebServer

    使用iWebServer將iFIX畫面轉換成HTML文件，并通過Web服務器發布。客戶端使用標準Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實時動態數據。

    ◇ 豐富的數據存取接口方式

    iFIX基于多種工業標準之上，提供了前所未有的系統易用性和擴展性，極大地方便了系統集成。GE 作為制定 OPC 標準的公司成員之一，全面支持OPC標準。iFIX既可以作為OPC服務器，也可以作為OPC客戶端。開發人員可以從任何一個OPC服務器直接獲取動態數據，并集成到iFIX 工作臺內。

    iFIX支持XML格式的文檔，可以把XML格式的文檔數據集成到iFIX工作臺內。

    iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實時數據寫入一個或多個關系數據庫。iFIX的VBA項目中提供了各種iFIX對象，利用這些對象，就可以方便的在VBA中實現對iFIX的控制功能；在VBA 中，通常采用ADO對象模型來訪問這些歷史數據庫。
如此多的數據接口方式也使得iFIX集中監控系統可以作為青島卷煙廠制絲車間的生產數據中心，為煙廠將來功能的擴展提供服務。

    3.3 解決方案

    3.3.1 與MES系統信息集成

    與MES系統的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式來進行。

    ◇ OPC方式

    青島集中監控系統與MES系統的集成通過制絲線集中監控系統的I/O SERVER 進行信息交互，采用OPC通訊協議。在集中監控系統的I/O 服務器 及MES 的HISTORIAN 中分別開辟兩個一致的緩存區用于系統間通訊。MES 與集中監控系統中控通過緩存區通訊的示意圖如圖3所示。
               
                                  圖3   OPC方式下監控系統 與MES通訊
    MES 系統通過OPC 下達子工單信息、工藝參數到緩存區，混絲中控通過緩存區獲取上述信息，并完成制絲生產。當生產完成后，通過緩存區中另一數據結構將子工單結束信息上傳到MES中。為了防止數據共享沖突，MES與緩存區之間的數據通訊采用約定好的通訊控制機制。根據緩存區標志位，當緩存區子工單還未啟動執行時， MES系統可根據需要修改緩存區中還未被制絲管控系統執行的子工單，修改包括刪除及更改。與MES系統通訊交互的集成畫面如下：通過OPC方式，MES系統把工單發布到IO服務器上，集中監控系統通過采集IO服務器上的數據讀取工單任務信息，開始組織生產。

    工單申請實例：（OPC方式申請工單如圖4所示）
              
                                圖4 集中監控系統向廠級MES系統申請工單
    按照MES的工單組織生產完成之后，需要把數據回寫給MES系統，同樣通過OPC的方式，在批次的生產結束之后，把MES需要的數據寫到MES的服務器上。

    ◇ 消息中間件

    MES 與集中監控系統也能通過Simens的DIS消息中間件進行數據交互。在中控管理機上安裝DIS程序，使中控管理機作為一個DIS Client與MES 的DIS Server保持連接。通過DIS方式進行消息傳遞。MES 與中控系統通過DIS方式通訊的示意圖如圖5所示。
                  
                                   圖5   消息方式下監控系統 與MES通訊
    MES 系統通過DIS方式 下達工單信息、工藝參數到中控管理機，中控管理機作為DIS Client獲得上述工單任務，工單任務采用XML文檔，由于iFIX豐富的數據接口，支持對XML文檔進行解析，因此集中監控系統把XML文檔解析成實際的生產任務。生產線按照生產任務進行生產。

    3.3.2 與振動監測系統信息集成

    振動監測系統使設備維護和操作人員可以了解設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態變化趨勢、診斷被監測設備故障的發生部位和故障的嚴重程度，以及檢查和驗收大修或臨時維修的效果，實現對設備故障早知道、早預報、早診斷，實現提高設備運行完好率、減少設備停機時間及降低維修成本的目的。該系統也是對企業既有系統的擴充和擴展，能夠實現與生產監控系統的有機集成，使生產相關部門進行協同工作，保證生產全過程的協調運轉，提高企業的生產管理水平，實現生產過程的快速反應與敏捷制造。

    通過對設備狀態監測系統的二次開發，利用OPC通信方式從自動控制系統(DCS、PLC、OPC等)獲得生產過程工藝數據(關鍵電機的實時電流、工藝壓力、流量)，可以方便、安全地獲得大量與設備、生產相關的工藝參數信息；自動控制系統也可從設備狀態監測系統獲得機組振動數據及分析圖譜，讓工藝操作人員更深層次地了解設備狀況，合理組織生產。集成畫面如圖6所示。
              
                         圖6  設備狀態監測與自動控制系統的集成畫面
    通過設備狀態監測與自動控制系統的集成和交互，實現了自動化系統對設備的生產運行控制、生產現場監控的同時，更對設備當前的運行狀況、判斷被監測設備的狀態變化趨勢、診斷被監測設備故障的發生部位和故障的嚴重程度有了準確可靠的了解，為企業正常的生產調度與企業級管理系統提供準確可靠的數據。

    3.3.3 與管理系統信息集成

    制絲生產的過程是通過作業任務來完成的，監控系統是作業任務生產調度的“網關”，通過這一網關，作業任務的數據信息將寫入到控制系統中，啟動生產過程。編寫專門的數據通訊模塊（專用的數據庫通訊類庫）與生產管理系統進行直接信息交互，從而最終實現生產管理系統與集中監控系統信息的全面集成。

    3.3.4 與混合存在的羅克韋爾自動化、西門子控制系統信息集成

    集中監控系統與設備控制系統的集成是通過工業以太網監控網絡和相應的I/O驅動進行的。在設備控制系統的個條生產線的主控PLC中建立相應的I/O通訊數據區，由監控系統的數據采集（I/O）服務器的I/O通訊服務完成PLC中的數據區與數據采集服務器上的采集點進行數據通訊和數據采集服務。由于iFIX同時支持多個OPC驅動，因此在同一I/O服務器上，同時和羅克韋爾自動化、Simens的PLC同時進行通訊，同時在iFIX的PDB數據庫中采集多種不同協議內容的數據。

    3.3.5 監控信息Web發布功能

    通過監控網絡和Web服務器提供的Web發布服務，集中監控系統可以將制絲線生產過程各生產線、工藝段、主機設備、過程參數趨勢、報警信息等實時監控畫面發布到相關的生產部門。用戶只需通過Web瀏覽器即可查看生產線總體狀態、主機設備監控畫面、工藝參數的實時趨勢等生產過程信息，發布的信息可以和監控系統的運行畫面保持一致。

    4 結語

    從2007年5月至今，青島卷煙廠易地技改項目制絲線自動化系統調試完成至今，陸續又在原有的系統中增加了一些的新的子系統。iFIX作為工業控制領域內穩定可靠優秀的SCADA軟件，使用戶充分體會到了其開放的體系結構，新增加的子系統非常容易就能擴展到原有的系統中，使得新老系統能夠很好的融合在一起。同時其豐富的數據存取接口方式也使iFIX在處理異構系統信息集成方面具有很強的優勢。經過兩年多的實際運行，用戶反映良好，系統安全、穩定、可靠、高效。這對于當前越來越復雜的異構系統信息集成是一種非常好的解決方案。

    摘自《自動化博覽》2010年第八期