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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(shè)計(jì)于2000年，并于2001年12月投入使用，是當(dāng)時先進(jìn)的制絲工藝的代表。然而隨著煙廠的擴(kuò)大、技術(shù)的發(fā)展及新的工藝標(biāo)準(zhǔn)的推廣，原系統(tǒng)已無法滿足實(shí)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(luò)結(jié)構(gòu)存在的問題

    由于原系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用C/S結(jié)構(gòu)，且當(dāng)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(fù)荷不均勻等特點(diǎn)。

    1.2原監(jiān)控系統(tǒng)介紹

    原設(shè)計(jì)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(jī)，分別為：葉片線、葉絲線、摻配加香線和梗絲線；② 11臺段控機(jī)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(yù)處理、梗絲一線、梗絲二線和香料廚房；③ 2臺I/O服務(wù)器IOSVR1和IOSVR2組成。其中，I/O服務(wù)器與PLC建立連接，并組成主備份節(jié)點(diǎn)，其他除HXD外的監(jiān)控機(jī)通過遠(yuǎn)程訪問I/O服務(wù)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(yuǎn)程訪問該節(jié)點(diǎn)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(wù)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(jìn)行重組和優(yōu)化，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)管理水平的提高，實(shí)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(xiàng)目對我方提出了具體的要求。

    2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想

    由于現(xiàn)在是所有的監(jiān)控機(jī)和上位管理系統(tǒng)都通過IO服務(wù)器進(jìn)行數(shù)采，這樣不僅增加IO服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，同時當(dāng)服務(wù)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(jìn)后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為每個監(jiān)控機(jī)單獨(dú)與PLC直接通訊，同時準(zhǔn)備兩臺個備用機(jī)，備用機(jī)上有各個監(jiān)控系統(tǒng)的備份，當(dāng)某臺或者幾臺監(jiān)控機(jī)出現(xiàn)故障時，啟用備份機(jī)上的監(jiān)控系統(tǒng)來進(jìn)行組織生產(chǎn)，而IO服務(wù)器主要用來為上位機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)采服務(wù)。

    2.2 功能設(shè)計(jì)

    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(jī)需要具備。


    3 項(xiàng)目具體實(shí)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(diǎn)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(shè)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(dǎo)出來，直接導(dǎo)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(diǎn)，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(yīng)配置來改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

   3.1.3 功能強(qiáng)大

    IFIX中具有數(shù)據(jù)庫管理器、閥值表、標(biāo)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(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)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(biāo)簽進(jìn)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(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫之間進(jìn)行復(fù)制和粘貼操作。數(shù)據(jù)庫還具有導(dǎo)入導(dǎo)出功能，導(dǎo)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(yīng)關(guān)系。比如可以將INT型數(shù)據(jù)與顏色之間建立對應(yīng)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(yīng)起來。利用閥值表利于維護(hù)，當(dāng)需要修改對應(yīng)關(guān)系時，只要修改閥值表即可。

    標(biāo)簽組。標(biāo)簽組可以建立符號和真實(shí)標(biāo)簽的對應(yīng)，其功能類似于閥值表。通過建立標(biāo)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(biāo)簽組可簡化工程項(xiàng)目，增加工程的靈活性，便于后期維護(hù)。

    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(diǎn)所需采集的數(shù)據(jù)，也可以定義遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)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?jǐn)U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(fù)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(wù)器的負(fù)擔(dān)，同時實(shí)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(jī)、兩臺備份機(jī)和I/O服務(wù)器均為SCADA端，可獨(dú)立訪問PLC。其中，服務(wù)器不具備監(jiān)控功能。服務(wù)器與中控室的各個監(jiān)控機(jī)分別組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場工作站提供數(shù)據(jù)服務(wù)。HXD不做出改造。圖3為監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。


    如圖中所示，I/O服務(wù)器和葉片SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場葉片段提供數(shù)據(jù)服務(wù)；I/O服務(wù)器和葉絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場葉絲一線和葉絲二線提供數(shù)據(jù)服務(wù)；I/O服務(wù)器和混絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，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(wù)；I/O服務(wù)器和梗絲SCADA組成主備節(jié)點(diǎn)，為現(xiàn)場梗預(yù)處理段、梗絲一線和梗絲二線提供數(shù)據(jù)服務(wù)；香料廚房和除塵只訪問I/O服務(wù)器。

    3.3 主要功能的實(shí)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(shè)備、輔連設(shè)備和各測控點(diǎn)畫出，顯示主設(shè)備像滾筒回潮機(jī)、加料機(jī)、烘絲機(jī)和流冷機(jī)等的運(yùn)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(jī)信息圖。圖4為葉片線的集中控制畫面。


    單機(jī)設(shè)備信息

    為主要設(shè)備，像回潮筒、加料機(jī)、烘絲機(jī)等設(shè)備開發(fā)了單機(jī)設(shè)備圖，在圖中有該設(shè)備的詳細(xì)信息、動畫效果及管路圖，用來反映主要單機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀況、設(shè)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(jìn)出料量、電機(jī)運(yùn)行狀況，布料車運(yùn)行方向等。

     網(wǎng)絡(luò)故障診斷

    將相應(yīng)生產(chǎn)線上的所有連網(wǎng)設(shè)備在畫面上表示出來，為其配置動畫效果來表示設(shè)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(jì)劃及下發(fā)參數(shù)

    為每臺監(jiān)控機(jī)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(wù)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(jì)劃用MsFlexGrid控件來顯示。生產(chǎn)中的計(jì)劃背景為綠色，準(zhǔn)備生產(chǎn)的計(jì)劃背景為白色。當(dāng)點(diǎn)擊某條計(jì)劃時，其背景顏色更改為藍(lán)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(yīng)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(jì)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(shí)現(xiàn)的。

    控制生產(chǎn)

    控制生產(chǎn)即，可以完成設(shè)備的啟動和運(yùn)行。點(diǎn)擊圖5中的組合啟動和停止可以啟動和停止相應(yīng)生產(chǎn)段的設(shè)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?yàn)橹挥谢旖z段可以進(jìn)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(jì)劃。由于無法調(diào)用計(jì)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(diǎn)，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(dāng)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(yīng)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(shè)置其為超級用戶，在自動登錄節(jié)點(diǎn)中選擇該iFix的本地節(jié)點(diǎn)，并以GUEST用戶登陸。設(shè)置啟動畫面，并以運(yùn)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(shè)置的），當(dāng)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(bào)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(jìn)行生產(chǎn)操作。輸入用戶名和密碼，點(diǎn)擊確定，后臺程序會將用戶信息與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比對，從而檢驗(yàn)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(luò)中的數(shù)據(jù)擁擠現(xiàn)象；消除了由服務(wù)器帶來的瓶頸效應(yīng)；降低了由于某臺機(jī)器，尤其是服務(wù)器的意外故障而帶來的無法正常生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)性；實(shí)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(jìn)行維護(hù)，實(shí)現(xiàn)了管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合；為每個生產(chǎn)單元都設(shè)置一套對應(yīng)的控制界面，其計(jì)劃列表里不同生產(chǎn)狀態(tài)的計(jì)劃背景顏色不同，便于操作工區(qū)分，點(diǎn)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(shè)備時，會彈出確認(rèn)窗口，增加了保險(xiǎn)