基于ControlNet現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的冷站CIMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成

3 基于controlnet的冷站cims系統(tǒng)
3.1 冷站cims體系構(gòu)建
　　為了實(shí)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(chǎng)設(shè)備信息及生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦S管理層，實(shí)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(chǎng)總線技術(shù)的cims系統(tǒng):設(shè)計(jì)中采用了車間過(guò)程監(jiān)控級(jí)、工廠管理級(jí)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(shí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);在管理層，rsview32可實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控層數(shù)據(jù)的鏈接與交換。實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)集成，要解決的核心問(wèn)題有:

（1） 如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，將其寫(xiě)入組態(tài)軟件實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);
（2） 如何實(shí)現(xiàn)管理監(jiān)控機(jī)與中間監(jiān)控上位機(jī)間組態(tài)軟件內(nèi)部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息的交換，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集時(shí)，組態(tài)軟件作為opc客戶端，制冷機(jī)可編程控制器plc作為opc服務(wù)器。每個(gè)opc服務(wù)器都被作為一個(gè)外部設(shè)備，可以進(jìn)行定義、增加或刪除。在系統(tǒng)運(yùn)行中，opc服務(wù)器對(duì)下層設(shè)備提供接口，使得現(xiàn)場(chǎng)控制層的各種過(guò)程信息能夠進(jìn)入opc服務(wù)器; rsview32和每個(gè)opc服務(wù)器建立連接，自動(dòng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，監(jiān)控層上位機(jī)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(guò)對(duì)客戶端與服務(wù)器端的通訊配置，實(shí)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(tái)的組態(tài)設(shè)計(jì)
4.1 實(shí)現(xiàn)冷站系統(tǒng)的控制功能軟件組態(tài)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
　?。?） 人機(jī)界面。在人機(jī)界面上顯示冷站工藝流程圖，也即模擬顯示現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)及其環(huán)境;顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備操作方式、控制開(kāi)關(guān)及運(yùn)行狀態(tài)等;顯示系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境和工作的說(shuō)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(chǎng)設(shè)備的歷史運(yùn)行曲線圖、生產(chǎn)報(bào)表、二級(jí)顯示監(jiān)控界面和報(bào)警記錄等。
　?。?） 實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的管理。包括對(duì)各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的響應(yīng)和處理方式的設(shè)計(jì)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)的篩選和存儲(chǔ)管理的設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的顯示設(shè)計(jì)（如采用動(dòng)態(tài)顯示曲線圖、歷史趨勢(shì)圖、報(bào)表等），實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的輸出設(shè)計(jì)（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）。
　?。?） 報(bào)警和事件管理。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)事故和故障信息予以記錄，使相應(yīng)的報(bào)警信息顯示到監(jiān)控界面或傳送給其它聲、光報(bào)警裝置，同時(shí)也將報(bào)警信息傳送給相應(yīng)的控制處理單元;對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)事件和操作信息進(jìn)行記錄，以圖表形式提供查詢系統(tǒng)的運(yùn)行操作情況。
4.2 創(chuàng)建項(xiàng)目
　　rsview32組態(tài)軟件主要包括系統(tǒng)、圖形顯示、警報(bào)、數(shù)據(jù)記錄設(shè)置、邏輯和控制等組件，運(yùn)用這些基本組件可方便地開(kāi)發(fā)出監(jiān)控系統(tǒng)的上述功能。首先在rsview32中創(chuàng)建這個(gè)項(xiàng)目:某卷煙廠冷站控制系統(tǒng)。先打開(kāi)rsview32，單擊工具欄“文件”菜單里的“新建”按鈕，在“創(chuàng)建項(xiàng)目”對(duì)話框的 “項(xiàng)目名”里填寫(xiě)本項(xiàng)目名稱，圖5所示，然后單擊“打開(kāi)”，就完成了項(xiàng)目的創(chuàng)建。一旦創(chuàng)建了項(xiàng)目，即可看到項(xiàng)目管理器（project manager）,就可以在系統(tǒng)通訊配置后進(jìn)行圖形、報(bào)警或趨勢(shì)等的畫(huà)面組態(tài)。
4.3 通道節(jié)點(diǎn)組態(tài)
　　rsview32通過(guò)附帶的rslinx與掛接在controlnet上的可編程控制進(jìn)行通訊，所以在啟動(dòng)rsview32之前要先打開(kāi) rslinx。啟動(dòng)rsview32后，雙擊項(xiàng)目編輯器里的“系統(tǒng)”組件，出現(xiàn)通道和節(jié)點(diǎn)等編輯器。在通道編輯器里選擇節(jié)點(diǎn)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(diǎn)編輯器中:數(shù)據(jù)源選擇“opc服務(wù)器”，rsview32通過(guò)rslinx與omronplc、controllogix5555進(jìn)行通信，各制冷機(jī)節(jié)點(diǎn)為opc服務(wù)器，組態(tài)軟件則為 opc客戶端。在節(jié)點(diǎn)名中輸入自定義的可編程控制器的節(jié)點(diǎn)名，冷卻塔的節(jié)點(diǎn)名為opcnode_cooltower。選中“啟用”，單擊“接受”保存節(jié)點(diǎn)定義，單擊“下一個(gè)”，然后定義另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，或選擇“關(guān)閉”命令，退出節(jié)點(diǎn)編輯。
4.4 標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)
　　標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)控制動(dòng)畫(huà)對(duì)象或更新趨勢(shì)圖形;警報(bào)系統(tǒng)監(jiān)視標(biāo)記值并把它們與 “可接受”范圍進(jìn)行比較;“數(shù)據(jù)記錄”則存儲(chǔ)標(biāo)記值并創(chuàng)建歷史記錄。但標(biāo)記值存儲(chǔ)在數(shù)值表格里，而不是在數(shù)據(jù)庫(kù)里。可通過(guò)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(pán)里。要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)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(kù)編輯器里設(shè)置單個(gè)標(biāo)記的警報(bào)，可以在添加標(biāo)記時(shí)設(shè)置，或以后編輯標(biāo)記時(shí)添加這個(gè)信息。
在創(chuàng)建本項(xiàng)目時(shí)，rsview32將創(chuàng)建系統(tǒng)標(biāo)記。若標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)需監(jiān)視標(biāo)記參數(shù)值的變化過(guò)程以產(chǎn)生報(bào)警信息時(shí)，就必須進(jìn)行報(bào)警信息組態(tài)，指定哪些標(biāo)記需要監(jiān)視報(bào)警信息。在標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)編輯器里選擇一個(gè)標(biāo)記，然后選擇“alarm”警報(bào)框啟動(dòng)警報(bào)編輯器。本程序帶報(bào)警的標(biāo)記都為開(kāi)關(guān)量標(biāo)記，即如果該標(biāo)記的值為1則觸發(fā)報(bào)警。
　　標(biāo)記數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建好之后，就可將標(biāo)記參數(shù)與趨勢(shì)或歷史報(bào)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程。rsview32的趨勢(shì)、歷史報(bào)表都是以標(biāo)準(zhǔn)圖形的形式給出的，開(kāi)發(fā)者需要對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。趨勢(shì)中的參數(shù)包括時(shí)間范圍、掃描周期、數(shù)值范圍、數(shù)據(jù)源等，歷史報(bào)表中的參數(shù)則包括報(bào)表的起始時(shí)刻、時(shí)間范圍、時(shí)間間隔、數(shù)據(jù)源、變量等。
4.5 畫(huà)面組態(tài)
　　圖形編輯器中提供了大量的圖形對(duì)象，利用這些基本圖形對(duì)象以及插入外部位圖，可以組態(tài)設(shè)計(jì)出冷站控制系統(tǒng)流程圖畫(huà)面和各工況畫(huà)面，監(jiān)控主畫(huà)面是缺省的主畫(huà)面，需要時(shí)可切換到各工況畫(huà)面。
　　冷站控制系統(tǒng)的監(jiān)控主畫(huà)面由操作參數(shù)、工程參數(shù)、狀態(tài)顯示、歷史曲線、歷史報(bào)警、通訊測(cè)試、報(bào)表打印等組成。在主畫(huà)面中通過(guò)選擇各菜單項(xiàng)，可以執(zhí)行窗口的切換。狀態(tài)顯示的是整個(gè)冷站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備、管道、閥門(mén)的連接情況和運(yùn)行原理，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有啟動(dòng)時(shí)，整個(gè)畫(huà)面是靜態(tài)的。一旦系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行，畫(huà)面將顯示當(dāng)前的工況、相應(yīng)設(shè)備和閥門(mén)開(kāi)啟，管道內(nèi)的介質(zhì)不停地流動(dòng)，同時(shí)從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的溫度、壓力、流量顯示在對(duì)應(yīng)位置。上述的動(dòng)畫(huà)是通過(guò)圖形編輯器中的動(dòng)畫(huà)連接功能實(shí)現(xiàn)的。冷站控制系統(tǒng)監(jiān)控界面如圖5和圖6所示。

rsview32還可以用報(bào)警圖形對(duì)象來(lái)組態(tài)設(shè)備或工藝參數(shù)的報(bào)警畫(huà)面，設(shè)備的故障報(bào)警由自身所帶的控制器判斷并執(zhí)行相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作，但其報(bào)警信息可通過(guò)通信接口上傳，顯示在設(shè)備報(bào)警畫(huà)面上;工藝參數(shù)的報(bào)警根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)時(shí)設(shè)定的報(bào)警參數(shù)，當(dāng)有報(bào)警發(fā)生時(shí)，在報(bào)警畫(huà)面上顯示報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)間、報(bào)警位號(hào)、報(bào)警類別、報(bào)警當(dāng)前值以及是否被確認(rèn)等信息，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警，關(guān)閉相關(guān)設(shè)備，用戶可以通過(guò)確認(rèn)按鈕對(duì)當(dāng)前報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)后，進(jìn)行故障的排除。

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