iFIX监控软件在烟草制丝线的集成应用

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iFIX监控软件在烟草制丝线的集成应用

摘 要:
本文详细介绍了iFIX软件在烟草制丝线的集成应用,对软件本身的特点进行了较深入的分析。结合在青岛卷烟厂制丝车间的项目,详细描述了用iFIX监控软件构建的集中监控系统的技术架构及在实际项目当中所应用到的各种异构系统的信息集成方式。

关键词: 异构系统;信息集成;集中监控系统

一.项目背景
  近几年,随着自动化控制技术的发展,特别是信息技术的快速发展,工业自动化和管理信息化的结合已成为工业控制系统的发展趋势。

  在青岛卷烟厂易地技术改造项目中,青岛卷烟厂将在新建联合工房内建一条完整制丝生产线,其中包括一条叶片线、两条叶丝线、一条梗线、一条梗丝线、一条混丝线及新建一个片烟配方库、一个成品烟丝库、新建一套香料厨房系统、一套异味处理系统、一套集中除尘系统辅助生产操作。为了现实制丝线自动化生产和高度的集中控制管理,青岛卷烟厂需要建设一套适合青岛卷烟厂生产和管理要求的制丝线自控及集成管控一体化系统。

二.项目需求
  青岛卷烟厂自2006年异地搬迁之后,在新的制丝生产线上,新增MES、振动监测、Web发布、制丝车间底层控制等多个控制系统。其中底层控制系统既有AB的PLC,也有西门子的PLC,是多种类型控制系统混合存在的。为了实现将青岛制丝车间各异构系统信息集成,要求实现多种通讯协议的共存、不同数据库的相互访问、不同应用软件之间有必要的接口能够实现数据交互。

  异构集成系统不仅可实现车间层与企业战略层及现场执行层的纵向信息集成, 还可实现车间之间各子系统的横向信息集成, 实现了真正意义上的信息集成与共享, 可满足企业处理大量个性化市场信息的需要。

三.解决方案简介
  青岛制丝线集中监控系统首先是设备控制系统的图形化体现和生产管理系统与生产控制系统的交互层。集中监控系统以I/O服务器为核心,通过工业以太网络将制丝线各生产线的主控PLC、各个控制段以及单机控制系统的主控PLC和I/O服务器连接起来,实现方便快捷的数据交换,并最终由I/O服务器将采集的数据提供给车间数据库服务器、监控计算机、现场操作查询终端进行集中监控和信息查询,同时通过Web服务器将生产线的实时监控信息发布到厂级管理部门,便于整个烟厂的相关部门都能够方便快捷的实时获取制丝线的生产信息,了解生产进度和协调生产过程,彻底消除制造环节的信息孤岛;集中监控系统的根本目的是对生产过程以图形化的方式进行监视和控制;是实时过程数据信息的可视化网关;是设备控制系统、车间振动监测系统、生产管理系统和厂级MES系统之间的信息集成粘合剂,是各个控制子系统信息集成的信息汇合点。

整个集中监控系统的层次定位如下图所示:

3.1集中监控系统技术架构
  整个集中监控系统的技术架构在设计上分为4个层次:1)应用层;2)平台层;3)数据服务层;4)通讯服务层。

  其中通讯层位于设备控制系统系统、生产管理系统、厂级MES系统和数据服务层之间,主要完成底层I/O通讯、工业以太网通讯、过程数据采集和与其它业务系统的接口数据交换等功能。通过通讯层来实现实施数据、业务数据在各个系统中的交互。

整个集中监控系统的技术架构如下图所示:

  为实现青岛卷烟厂制丝车间全面有效整合企业资源,使企业运行控制、数据资源服务、监控和管理有效的统一起来,并具备易于维护、方便调整和灵活配置的特点。

3.2 iFIX技术优势
  考虑到整个集中监控系统的可集成性、可扩展性和通用性的设计原则,综合分析比较了国际上流行的几大HMI/SCADA软件平台,我们提出了使用iFIX监控软件建立集中监控系统来构建网络协同集成子系统,专门用来进行车间级各异构系统的信息集成。

  iFIX是基于Windows平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案,具有以下几个特点。

□ 开放性
  iFIX集成微软的VBA(Visual Basic for Applications)在自己开发环境中。用户在VBA环境中编写程序,可以使用DDE,ActiveX控件,ODBC,COM/DCOM 等技术使得自动化软件演变成开放的软件平台,在软件功能不能满足用户特殊需要时,用户可以根据自己的需要进行二次开发。

□ 分布式网络结构
  iFIX提供真正的分布式、客户/服务器结构,为系统提供最大的可扩展性。iFIX分布式、客户/服务器结构包括了可灵活构造的服务器 (SCADA Server) 和客户端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX网络中数据的读取都通过标识SCADA Server节点名、数据点名及数据域(如CV表示当前值)来识别。iFIX不但可以满足当前系统应用的需要,还可以在将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。

□ 强大的冗余功能
  iFIX提供了强大而灵活的多重冗余功能,保证系统的不间断监控,包括备份SCADA服务器、LAN冗余以及利用网络状态服务器和iFIX诊断显示程序监视、控制网络运行状态。此外,在主服务器和备用服务器同时启动、运行时,iFIX实现报警同步,避免对同一报警的重复响应。

□ iWebServer
  使用iWebServer将iFIX画面转换成HTML文件,并通过Web服务器发布。客户端使用标准Web浏览器就能看到SCADA Server上实时动态数据。

□ 丰富的数据存取接口方式
  iFIX基于多种工业标准之上,提供了前所未有的系统易用性和扩展性,极大地方便了系统集成。GE 作为制定 OPC 标准的公司成员之一,全面支持OPC标准。iFIX既可以作为OPC服务器,也可以作为OPC客户端。开发人员可以从任何一个OPC服务器直接获取动态数据,并集成到iFIX 工作台内。

  iFIX支持XML格式的文档,可以把XML格式的文档数据集成到iFIX工作台内。

  iFIX全面支持ODBC API接口,可直接把实时数据写入一个或多个关系数据库。iFIX的VBA项目中提供了各种iFIX对象,利用这些对象,就可以方便地在VBA中实现对iFIX的控制功能;在VBA 中,通常采用ADO对象模型来访问这些历史数据库。

  如此多的数据接口方式也使得iFIX集中监控系统可以作为青岛卷烟厂制丝车间的生产数据中心,为烟厂将来功能的扩展提供服务。

3.3解决方案
3.3.1.与MES系统信息集成
  与MES系统的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式来进行。

□ OPC方式
  青岛集中监控系统与MES系统的集成通过制丝线集中监控系统的I/O SERVER 进行信息交互,采用OPC通讯协议。在集中监控系统的I/O 服务器 及MES 的HISTORIAN 中分别开辟两个一致的缓存区用于系统间通讯。MES 与集中监控系统中控通过缓存区通讯的示意图。如图3所示,

  MES 系统通过OPC 下达子工单信息、工艺参数到缓存区,混丝中控通过缓存区获取上述信息,并完成制丝生产。当生产完成后,通过缓存区中另一数据结构将子工单结束信息上传到MES中。为了防止数据共享冲突,MES与缓存区之间的数据通讯采用约定好的通讯控制机制。根据缓存区标志位,当缓存区子工单还未启动执行时, MES系统可根据需要修改缓存区中还未被制丝管控系统执行的子工单,修改包括删除及更改。与MES系统通讯交互的集成画面如下:通过OPC方式,MES系统把工单发布到IO服务器上,集中监控系统通过采集IO服务器上的数据读取工单任务信息,开始组织生产。

工单申请实例:(OPC方式申请工单如图4所示)

  按照MES的工单组织生产完成之后,需要把数据回写给MES系统,同样通过OPC的方式,在批次的生产结束之后,把MES需要的数据写到MES的服务器上。

□ 消息中间件
  MES 与集中监控系统也能通过Simens的DIS消息中间件进行数据交互。在中控管理机上安装DIS程序,使中控管理机作为一个DIS Client与MES 的DIS Server保持连接。通过DIS方式进行消息传递。MES 与中控系统通过DIS方式通讯的示意图如图5所示。

  MES 系统通过DIS方式 下达工单信息、工艺参数到中控管理机,中控管理机作为DIS Client获得上述工单任务,工单任务采用XML文档,由于iFIX丰富的数据接口,支持对XML文档进行解析,因此集中监控系统把XML文档解析成实际的生产任务。生产线按照生产任务进行生产。

3.3.2.与振动监测系统信息集成
  振动监测系统使设备维护和操作人员可以了解设备当前的运行状况、判断被监测设备的状态变化趋势、诊断被监测设备故障的发生部位和故障的严重程度,以及检查和验收大修或临时维修的效果,实现对设备故障早知道、早预报、早诊断,实现提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本的目的。该系统也是是企业既有系统的扩充和扩展,能够实现与生产监控系统的有机集成,使生产相关部门进行协同工作,保证生产全过程的协调运转,提高企业的生产管理水平,实现生产过程的快速反应与敏捷制造。

  通过对设备状态监测系统的二次开发,利用OPC通信方式从自动控制系统(DCS、PLC、OPC等)获得生产过程工艺数据(关键电机的实时电流、工艺压力、流量),可以方便、安全地获得大量与设备、生产相关的工艺参数信息;自动控制系统也可从设备状态监测系统获得机组振动数据及分析图谱,让工艺操作人员更深层次地了解设备状况,合理组织生产。集成画面如图6:

  通过设备状态监测与自动控制系统的集成和交互,实现了自动化系统对设备的生产运行控制、生产现场监控的同时,更对设备当前的运行状况、判断被监测设备的状态变化趋势、诊断被监测设备故障的发生部位和故障的严重程度有了准确可靠的了解,为企业正常的生产调度与企业级管理系统提供准确可靠的数据。

3.3.3.与管理系统信息集成
  制丝生产的过程是通过作业任务来完成的,监控系统是作业任务生产调度的网关,通过这一网关,作业任务的数据信息将写入到控制系统中,启动生产过程。我们编写了专门的数据通讯模块(专用的数据库通讯类库)与生产管理系统进行直接信息交互,从而最终实现生产管理系统与集中监控系统信息的全面集成。

3.3.4.与混合存在的AB、西门子控制系统信息集成
  集中监控系统与设备控制系统的集成是通过工业以太网监控网络和相应的I/O驱动进行的。在设备控制系统的个条生产线的主控PLC中建立相应的I/O通讯数据区,由监控系统的数据采集(I/O)服务器的I/O通讯服务完成PLC中的数据区与数据采集服务器上的采集点进行数据通讯和数据采集服务。由于iFIX同时支持多个OPC驱动,因此在同一IO服务器上,我们同时和AB、Simens的PLC同时进行通讯,同时在iFIX的PDB数据库中采集多种不同协议内容的数据。

3.3.5.监控信息Web发布功能
  通过监控网络和Web服务器提供的Web发布服务,集中监控系统可以将制丝线生产过程各生产线、工艺段、主机设备、过程参数趋势、报警信息等实时监控画面发布到相关的生产部门。用户只需通过Web浏览器即可查看生产线总体状态、主机设备监控画面、工艺参数的实时趋势等生产过程信息,发布的信息可以和监控系统的运行画面保持一致。

四.结束语
  从2007年5月至今,青岛卷烟厂易地技改项目制丝线自动化系统调试完成至今,陆续又在原有的系统中增加了一些的新的子系统。iFIX作为工业控制领域内稳定可靠优秀的SCADA软件,我们充分地体会到了其开放的体系结构,新增加的子系统非常容易就能扩展到原有的系统中,使得新老系统能够很好的融合在一起。同时其丰富的数据存取接口方式也使iFIX在处理异构系统信息集成方面具有很强的优势。经过两年多的实际运行,用户反映良好,系统安全、稳定、可靠、高效。这对于当前越来越复杂的异构系统信息集成是一种非常好的解决方案。

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