1 、引言

cims系統(tǒng)是一個以企業(yè)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)把企業(yè)經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息統(tǒng)一進行優(yōu)化處理的系統(tǒng)。文章以某卷煙廠動力車間cims系統(tǒng)改造設(shè)計為例，就該冷站cims系統(tǒng)實現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)作了比較深入的討論。

2 、cims系統(tǒng)集成的實現(xiàn)技術(shù)

在構(gòu)建cims系統(tǒng)時，控制與信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)具有重要意義，在該冷站cims系統(tǒng)設(shè)計中以支持opc技術(shù)的組態(tài)軟件為紐帶，實現(xiàn)控制與信息網(wǎng)的集成。

2.1 opc技術(shù)

opc是實現(xiàn)控制系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備級與過程監(jiān)控級間信息互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)。它以微軟的（分布式）組件對象模型為基礎(chǔ)，采用客戶/服務(wù)器模式，按照面向?qū)ο蟮脑瓌t，將一個應(yīng)用程序（opc服務(wù)器）作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面，客戶以統(tǒng)一的方式去調(diào)用，使用戶從低層的開發(fā)中脫離出來。opc可實現(xiàn)遠程調(diào)用，使應(yīng)用程序的分布與系統(tǒng)硬件的分布無關(guān)，便于系統(tǒng)硬件配置，從而使系統(tǒng)的應(yīng)用范圍更廣。實際上，opc是提供了一種機制，使系統(tǒng)能夠以標(biāo)準(zhǔn)的方式從數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù)并將其傳遞給任何客戶程序。

opc服務(wù)器是數(shù)據(jù)的供應(yīng)方，負(fù)責(zé)為 opc客戶端提供所需的數(shù)據(jù);opc客戶端是數(shù)據(jù)的使用方，opc服務(wù)器作為體系結(jié)構(gòu)的中間層，將現(xiàn)場信號按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與 scada、hmi等軟件無縫連接起來，把硬件和應(yīng)用軟件有效地分開。 opc服務(wù)器對下層設(shè)備提供接口，使現(xiàn)場的各種過程信息能夠進入opc服務(wù)器，從而實現(xiàn)向下互聯(lián);opc服務(wù)器還對上層設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的接口，使上層信息網(wǎng)絡(luò)（intranet）設(shè)備能夠取得 opc服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)向上互聯(lián)，這兩種互聯(lián)都是雙向的。通過opc接口就能訪問所有提供了opc服務(wù)器的現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)與現(xiàn)場設(shè)備的通信。

圖1 opc在控制系統(tǒng)中所處位置

2.2 監(jiān)控組態(tài)軟件

為設(shè)備配套方便，系統(tǒng)使用rsview32組態(tài)軟件。該組態(tài)軟件通過其繪圖工具可生成各種圖形對象或文本，提供了大量的工業(yè)設(shè)備圖形、儀表符號，還提供趨勢圖、歷史曲線、組數(shù)據(jù)分析圖等圖形庫，可以直接使用其它繪圖軟件包如autocad、 coreldraw等生成的對象。它提供的圖形化用戶界面gui友好，包括一整套windows風(fēng)格的窗口、彈出菜單、按鈕、消息區(qū)、工具欄、滾動條和監(jiān)控畫面等，其動畫控制功能畫面豐富多彩，可以激活圖形對象以使它反映出過程變化，為設(shè)備的正常運行、操作人員的集中監(jiān)控提供了極大的方便。此外，其重要的特點是具有強大的通信功能、良好的開放性以及數(shù)據(jù)庫資源共享。

（1） 數(shù)據(jù)庫資源共享

開放式設(shè)計可以很容易地與 microsoft產(chǎn)品共享信息，其實時標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫是odbc兼容數(shù)據(jù)庫，可以利用其它數(shù)據(jù)庫工具如：microsoft access、sybase、sql server等瀏覽并管理標(biāo)簽，實現(xiàn)本地控制單元與上位機之間數(shù)據(jù)和信息共享，為用戶提供更為集中的數(shù)據(jù)操作環(huán)境，實現(xiàn)信息集中管理。

（2） 強大的通信功能

該組態(tài)軟件能與多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備，如allen-bradley、modicon、siemens、omron等公司的各種型號 plc，適應(yīng)各類測控硬件設(shè)備，可以滿足不同測點的要求。向下可以通過rslinx、opc等與數(shù)據(jù)采集硬件通信;向上可以通過 tcp/ip，ethernet與高層管理網(wǎng)互聯(lián)。opc使rsview32可以作為一個客戶端或服務(wù)器，允許在不同的rsview32站以及其它opc 服務(wù)器之間進行點對點通訊。

（3） 組態(tài)軟件在監(jiān)控系統(tǒng)中的地位

在監(jiān)控系統(tǒng)中，投入運行的監(jiān)控組態(tài)軟件是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理中心、遠程監(jiān)視中心和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心。如圖2所示，它處于運行狀態(tài)的監(jiān)控組態(tài)軟件與各種控制、檢測設(shè)備（如掛接在現(xiàn)場總線上的工控計算機、plc）等共同構(gòu)成快速響應(yīng)/控制中心。監(jiān)控組態(tài)軟件投入運行后，操作人員可以在其支持下完成以下各項任務(wù)：

圖2 組態(tài)軟件在scada系統(tǒng)中的地位

查看生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)及流程畫面，瀏覽各實時/歷史趨勢畫面;

自動打印各種實時/歷史生產(chǎn)報表;

及時得到各種過程報警和系統(tǒng)報警;

在需要時，可人為干預(yù)生產(chǎn)過程，修改生產(chǎn)過程參數(shù)和狀態(tài);

與管理部門的計算機聯(lián)網(wǎng)，為管理部門提供生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)。

rsview32支持opc技術(shù)，是連接控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的橋梁。通過opc接口，它不僅能連接從現(xiàn)場設(shè)備傳送來的信息，而且可以與其它應(yīng)用軟件交換數(shù)據(jù);通過opc接口，可以實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)，即實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。

3、 基于controlnet的冷站cims系統(tǒng)

3.1 冷站cims體系構(gòu)建

為了實現(xiàn)底層控制網(wǎng)絡(luò)與工廠信息網(wǎng)絡(luò)的連接，將車間層的現(xiàn)場設(shè)備信息及生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)焦S管理層，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，構(gòu)建了基于controlnet現(xiàn)場總線技術(shù)的cims 系統(tǒng)：設(shè)計中采用了車間過程監(jiān)控級、工廠管理級二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

3.2 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

為實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的鏈接、交換與融合，構(gòu)建了如圖4所示的軟件架構(gòu)。在監(jiān)控層，rsview32利用實時數(shù)據(jù)庫對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行存儲;在管理層，rsview32可實現(xiàn)與監(jiān)控層數(shù)據(jù)的鏈接與交換。實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成，要解決的核心問題有：

圖3 冷站cims結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)示意圖

（1） 如何實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集，將其寫入組態(tài)軟件實時數(shù)據(jù)庫;

（2） 如何實現(xiàn)管理監(jiān)控機與中間監(jiān)控上位機間組態(tài)軟件內(nèi)部實時數(shù)據(jù)信息的交換，并實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

在冷站控制系統(tǒng)中，監(jiān)控層組態(tài)軟件既是opc客戶端，又作為opc服務(wù)器端。在實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備實時數(shù)據(jù)的采集時，組態(tài)軟件作為opc客戶端，制冷機可編程控制器plc作為opc服務(wù)器。每個opc服務(wù)器都被作為一個外部設(shè)備，可以進行定義、增加或刪除。在系統(tǒng)運行中，opc服務(wù)器對下層設(shè)備提供接口，使得現(xiàn)場控制層的各種過程信息能夠進入opc服務(wù)器; rsview32和每個opc服務(wù)器建立連接，自動完成和opc服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換，把各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到組態(tài)軟件的實時數(shù)據(jù)庫中。同時，監(jiān)控層上位機組態(tài)軟件rsview32又作為opc服務(wù)器端，管理層監(jiān)控軟件rsview32作為其opc客戶端，通過對客戶端與服務(wù)器端的通訊配置，實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換與集成。

4 、冷站控制網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控操作平臺的組態(tài)設(shè)計

4.1 實現(xiàn)冷站系統(tǒng)的控制功能軟件組態(tài)設(shè)計的主要內(nèi)容

（1） 人機界面。在人機界面上顯示冷站工藝流程圖，也即模擬顯示現(xiàn)場系統(tǒng)及其環(huán)境;顯示現(xiàn)場設(shè)備操作方式、控制開關(guān)及運行狀態(tài)等;顯示系統(tǒng)運行環(huán)境和工作的說明信息;顯示類似于其它windows應(yīng)用軟件界面彈出式菜單，以便供操作人員調(diào)用非主界面信息，如各種現(xiàn)場設(shè)備的歷史運行曲線圖、生產(chǎn)報表、二級顯示監(jiān)控界面和報警記錄等。

（2） 實時和歷史數(shù)據(jù)的管理。包括對各種實時數(shù)據(jù)的響應(yīng)和處理方式的設(shè)計，對歷史數(shù)據(jù)的篩選和存儲管理的設(shè)計，實時和歷史數(shù)據(jù)的顯示設(shè)計（如采用動態(tài)顯示曲線圖、歷史趨勢圖、報表等），實時和歷史數(shù)據(jù)的輸出設(shè)計（如打印方式、與其它應(yīng)用軟件程序的數(shù)據(jù)交換協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)布方式等等）。

（3） 報警和事件管理。對現(xiàn)場事故和故障信息予以記錄，使相應(yīng)的報警信息顯示到監(jiān)控界面或傳送給其它聲、光報警裝置，同時也將報警信息傳送給相應(yīng)的控制處理單元;對現(xiàn)場生產(chǎn)事件和操作信息進行記錄，以圖表形式提供查詢系統(tǒng)的運行操作情況。

4.2 創(chuàng)建項目

rsview32組態(tài)軟件主要包括系統(tǒng)、圖形顯示、警報、數(shù)據(jù)記錄設(shè)置、邏輯和控制等組件，運用這些基本組件可方便地開發(fā)出監(jiān)控系統(tǒng)的上述功能。首先在 rsview32中創(chuàng)建這個項目：某卷煙廠冷站控制系統(tǒng)。先打開rsview32，單擊工具欄“文件”菜單里的“新建”按鈕，在“創(chuàng)建項目”對話框的“項目名”里填寫本項目名稱，圖5所示，然后單擊“打開”，就完成了項目的創(chuàng)建。一旦創(chuàng)建了項目，即可看到項目管理器（project manager），就可以在系統(tǒng)通訊配置后進行圖形、報警或趨勢等的畫面組態(tài)。

4.3 通道節(jié)點組態(tài)

rsview32通過附帶的 rslinx與掛接在controlnet上的可編程控制進行通訊，所以在啟動rsview32之前要先打開rslinx。啟動rsview32后，雙擊項目編輯器里的“系統(tǒng)”組件，出現(xiàn)通道和節(jié)點等編輯器。在通道編輯器里選擇節(jié)點所連接的網(wǎng)絡(luò)controlnet。由于本系統(tǒng)采用的可編程控制器是 omronplc、control logix5555，在節(jié)點編輯器中：數(shù)據(jù)源選擇“opc服務(wù)器”，rsview32通過rslinx與omronplc、 controllogix5555進行通信，各制冷機節(jié)點為opc服務(wù)器，組態(tài)軟件則為opc客戶端。在節(jié)點名中輸入自定義的可編程控制器的節(jié)點名，冷卻塔的節(jié)點名為opcnode_cooltower。選中“啟用”，單擊“接受”保存節(jié)點定義，單擊“下一個”，然后定義另一個節(jié)點，或選擇“關(guān)閉”命令，退出節(jié)點編輯。

4.4 標(biāo)記數(shù)據(jù)庫組態(tài)

標(biāo)記數(shù)據(jù)庫是由稱為標(biāo)記的記錄組成。系統(tǒng)內(nèi)各部分都可以使用標(biāo)記值。圖形顯示使用標(biāo)記值來控制動畫對象或更新趨勢圖形;警報系統(tǒng)監(jiān)視標(biāo)記值并把它們與“可接受”范圍進行比較;“數(shù)據(jù)記錄”則存儲標(biāo)記值并創(chuàng)建歷史記錄。但標(biāo)記值存儲在數(shù)值表格里，而不是在數(shù)據(jù)庫里。可通過把標(biāo)記的數(shù)值記錄到數(shù)據(jù)文件里，使標(biāo)記值永久地記錄在磁盤里。要創(chuàng)建一個標(biāo)記，需要指定它的名字、鍵入它的數(shù)據(jù)、以及它的數(shù)據(jù)源。在標(biāo)記數(shù)據(jù)庫編輯器里設(shè)置單個標(biāo)記的警報，可以在添加標(biāo)記時設(shè)置，或以后編輯標(biāo)記時添加這個信息。

在創(chuàng)建本項目時，rsview32將創(chuàng)建系統(tǒng)標(biāo)記。若標(biāo)記數(shù)據(jù)庫需監(jiān)視標(biāo)記參數(shù)值的變化過程以產(chǎn)生報警信息時，就必須進行報警信息組態(tài)，指定哪些標(biāo)記需要監(jiān)視報警信息。在標(biāo)記數(shù)據(jù)庫編輯器里選擇一個標(biāo)記，然后選擇“al”警報框啟動警報編輯器。本程序帶報警的標(biāo)記都為開關(guān)量標(biāo)記，即如果該標(biāo)記的值為1則觸發(fā)報警。

標(biāo)記數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建好之后，就可將標(biāo)記參數(shù)與趨勢或歷史報表建立聯(lián)系，使系統(tǒng)可以以曲線或表格的形式向用戶顯示實時數(shù)據(jù)的變化過程。rsview32的趨勢、歷史報表都是以標(biāo)準(zhǔn)圖形的形式給出的，開發(fā)者需要對相應(yīng)的參數(shù)進行設(shè)置。趨勢中的參數(shù)包括時間范圍、掃描周期、數(shù)值范圍、數(shù)據(jù)源等，歷史報表中的參數(shù)則包括報表的起始時刻、時間范圍、時間間隔、數(shù)據(jù)源、變量等。

4.5 畫面組態(tài)

圖形編輯器中提供了大量的圖形對象，利用這些基本圖形對象以及插入外部位圖，可以組態(tài)設(shè)計出冷站控制系統(tǒng)流程圖畫面和各工況畫面，監(jiān)控主畫面是缺省的主畫面，需要時可切換到各工況畫面。

冷站控制系統(tǒng)的監(jiān)控主畫面由操作參數(shù)、工程參數(shù)、狀態(tài)顯示、歷史曲線、歷史報警、通訊測試、報表打印等組成。在主畫面中通過選擇各菜單項，可以執(zhí)行窗口的切換。狀態(tài)顯示的是整個冷站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備、管道、閥門的連接情況和運行原理，當(dāng)系統(tǒng)沒有啟動時，整個畫面是靜態(tài)的。一旦系統(tǒng)進入運行，畫面將顯示當(dāng)前的工況、相應(yīng)設(shè)備和閥門開啟，管道內(nèi)的介質(zhì)不停地流動，同時從現(xiàn)場檢測的溫度、壓力、流量顯示在對應(yīng)位置。上述的動畫是通過圖形編輯器中的動畫連接功能實現(xiàn)的。冷站控制系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖5和圖6所示。

圖5 冷站運行概圖

圖6 制冷機組內(nèi)部流程圖

rsview32還可以用報警圖形對象來組態(tài)設(shè)備或工藝參數(shù)的報警畫面，設(shè)備的故障報警由自身所帶的控制器判斷并執(zhí)行相應(yīng)保護動作，但其報警信息可通過通信接口上傳，顯示在設(shè)備報警畫面上;工藝參數(shù)的報警根據(jù)數(shù)據(jù)庫組態(tài)時設(shè)定的報警參數(shù)，當(dāng)有報警發(fā)生時，在報警畫面上顯示報警產(chǎn)生的時間、報警位號、報警類別、報警當(dāng)前值以及是否被確認(rèn)等信息，同時發(fā)出聲音報警，關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，用戶可以通過確認(rèn)按鈕對當(dāng)前報警進行確認(rèn)后，進行故障的排除。

5 、信息網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)設(shè)計

5.1 opc遠程通訊設(shè)計

現(xiàn)場上位監(jiān)控站采用opc與遠動生產(chǎn)管理中心的監(jiān)控站進行通訊。opc 使rsview32可以作為一個客戶端或服務(wù)器，允許在不同的rsview32站以及其它opc服務(wù)器之間進行點對點通訊。本系統(tǒng)以現(xiàn)場的 rsview32上位監(jiān)控機作為服務(wù)器，遠動管理中心的rsview32監(jiān)控機作為客戶端，客戶端通過以太網(wǎng)用服務(wù)器的rsview32命令 rtdataserveron來讀取服務(wù)器的實時標(biāo)記值，用命令rtdatawriteenable來寫服務(wù)器的實時標(biāo)記值。設(shè)置方案如下：對于服務(wù)器，選擇“啟動”編輯器里“啟動”頁上的“opc/dde server”復(fù)選框，發(fā)出rtdata serveron命令;對于客戶端，把服務(wù)器設(shè)置成一個opc節(jié)點，指定opc服務(wù)器名，在標(biāo)記數(shù)據(jù)庫定義一個以設(shè)備為數(shù)據(jù)源的標(biāo)記，并為該標(biāo)記選擇 opc節(jié)點，指定opc條目提供標(biāo)記數(shù)值。

5.2 在主站的操作系統(tǒng)中配置dcom

由于opc是根據(jù)microsoft的ole/com和dcom技術(shù)要求功能制定的一個開放和互用式的用戶界面標(biāo)準(zhǔn)，所以必須先在主站的操作系統(tǒng)中配置dcom（分布式com配置屬性），步驟如下：

（1） 在windows2000操作界面上單擊“開始”，選“運行”，鍵入dcomcnfg，然后單擊“確定”，進入“分布式com配置屬性”，進行“應(yīng)用程序”的設(shè)置;

（2） 進行“默認(rèn)屬性”的設(shè)置;

（3） 進行“默認(rèn)安全機制”的設(shè)置。

5.3 服務(wù)器和客戶端的rsview32通訊設(shè)置

rsview32服務(wù)器的計算機名為coldstation，上位監(jiān)控程序名為jyc，客戶端的計算機名為remote，上位監(jiān)控程序名為rmjyc1。首先對服務(wù)器rsview32進行通訊設(shè)置，再對客戶端的rsview32進行通訊配置。

在程序rmjyc1運行后，rmjyc1的標(biāo)記就可讀取jyc的標(biāo)記值，實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控。

6、 系統(tǒng)監(jiān)控軟件的操作實現(xiàn)

6.1 現(xiàn)場上位監(jiān)控程序的操作實現(xiàn)

冷站控制系統(tǒng)現(xiàn)場上位機進入rsview32上位監(jiān)控平臺，打開名為“jyc”的上位監(jiān)控程序，在項目管理器里，單擊選項卡“運行模式”，再單擊狀態(tài)欄“運行項目”，現(xiàn)場上位監(jiān)控程序運行后，程序就按啟動序列預(yù)先設(shè)置的運行步驟運行。程序運行后立即出現(xiàn)主監(jiān)控界面，如圖7所示。主畫面除標(biāo)題和日期時間外，主要包括9個按鈕圖標(biāo)，它們分別代表9個主功能模塊，這些按鈕也稱為系統(tǒng)的一級菜單，通過點擊相應(yīng)按鈕即可進入對應(yīng)功能模塊。由于啟動宏“st”里面設(shè)有命令“set autocontrol 0”，所以此時泵站處于人工控制狀態(tài)，值班人員可以在人工控制運行和自動控制運行之間進行切換。

6.2 遠程上位監(jiān)控程序的操作實現(xiàn)

圖7 冷站監(jiān)控主界面

遠程監(jiān)控機進入 rsview32上位監(jiān)控平臺，打開名為“rmjyc1”的上位監(jiān)控程序，在項目管理器里，單擊選項卡“運行模式”，再單擊狀態(tài)欄“運行項目”，遠程監(jiān)控程序運行后，就按照啟動序列的設(shè)置，出現(xiàn)主監(jiān)控界面。由于現(xiàn)場監(jiān)控程序jyc在啟動時就執(zhí)行了命令rtdataserveron和 rtdatawriteenable，使遠程監(jiān)控程序rmjyc1能實時讀取現(xiàn)場監(jiān)控程序的標(biāo)記值，并組態(tài)成與現(xiàn)場監(jiān)控程序相同的各級監(jiān)控界面。若需要進行遠程管理，遠動的值班人員和現(xiàn)場的值班人員一樣，可以通過人工控制冷站運行的相關(guān)操作，進入有關(guān)操作界面，控制制冷機組的啟停，實現(xiàn)遠程管理。

7 、結(jié)束語

文章基于controlnet總線技術(shù)的冷站系統(tǒng)集成設(shè)計，構(gòu)建了冷站的cims系統(tǒng)。在對opc技術(shù)和組態(tài)軟件分析基礎(chǔ)上，構(gòu)建了整個冷站控制系統(tǒng)集成的軟件架構(gòu)，用rsview32組態(tài)軟件對冷站控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)進行了組態(tài)設(shè)計，實現(xiàn)了對控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成。

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