基于ControlNet現(xiàn)場總線技術(shù)的冷站CIMS系統(tǒng)設(shè)計與集成

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:

（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）。
　?。?） 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?？赏ㄟ^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“alarm”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。

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。

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