Profibus現(xiàn)場總線技術(shù)的可視化監(jiān)控冗余系統(tǒng)
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/329434.htm計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)及信息技術(shù)的發(fā)展,推動了自動化技術(shù)的進(jìn)步,特別是近十年來興起的現(xiàn)場總線技術(shù)(Fieldbus),它的發(fā)展促使了自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革?;?strong>現(xiàn)場總線技術(shù)控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System-FCS)的應(yīng)用越來越普遍,并朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及監(jiān)控管理一體化的方向發(fā)展。
計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)控在20世紀(jì)80年代就已在國外出現(xiàn)。由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)等方面原因,我國直到90年代中后期才得到應(yīng)用。功能由簡單到復(fù)雜;在監(jiān)控范圍方面,從最初的單機(jī)到生產(chǎn)線乃至整個(gè)產(chǎn)業(yè);從監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看,由初期的一主一從發(fā)展到一主多從、多主多從;硬件由初期的封閉式的自行設(shè)計(jì)發(fā)展到采用開放的、規(guī)范的系統(tǒng)集成方案或商業(yè)產(chǎn)品。
在應(yīng)用計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)控技術(shù)之前,通常使用專用的人工操作臺和生產(chǎn)工藝控制模擬屏,上面布置許多主令電器、指示燈及顯示儀表等,在模擬屏口還有相應(yīng)的工藝流程,這種監(jiān)控方式實(shí)質(zhì)上是一種“硬件布線邏輯”,必將被新型監(jiān)控方式取而代之。
2 可視化監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)方案
2.1 基于“簡單協(xié)議”的可視化監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)
這里所說的通信協(xié)議的“簡單”是相對OSI/RM模型而言,圖1中一臺IPC對一臺PLC[1]進(jìn)行監(jiān)控。在IPC一方,利用VB中的Mscomm控件完成對其串口的讀寫,VB程序Mscomm.setting=”9600,N,8,1”.這種通信能適應(yīng)單主站——單從站的通信要求,能實(shí)現(xiàn)較為單一的功能,如果情況復(fù)雜則有較大局限性。例如當(dāng)在RS485上增加PLC,所有PLC都是通信從站,IPC是主站,IPC的硬、軟件出現(xiàn)問題時(shí)監(jiān)控就無法進(jìn)行。
2.2 基于現(xiàn)場總線的可視化監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)
現(xiàn)場總線技術(shù)的通信協(xié)議是以O(shè)SI/RM模型為基礎(chǔ),以開放互聯(lián)為目的?,F(xiàn)場總線通過多層次的協(xié)議能改變諸如總線控制、沖突檢測、鏈路保護(hù)等問題。通信中可無“主,從”之分或多個(gè)主站存在,這樣就為冗余設(shè)置提供了基礎(chǔ)。因此只能采用基于現(xiàn)場總線的可視化監(jiān)控通信網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)置。
可視化監(jiān)控的冗余是建立在現(xiàn)場總線Profibus基礎(chǔ)上,在總線訪問協(xié)議上PROFIBUS在數(shù)據(jù)全鏈路層采用了混合介質(zhì)存取方式,為保證可視化監(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行,形成監(jiān)控冗余系統(tǒng)也應(yīng)采用混合方式。
3 可視化監(jiān)控冗余系統(tǒng)的構(gòu)成
筆者以我校承擔(dān)的湖南金健米業(yè)股份有限公司的480噸精米生產(chǎn)自控控制系統(tǒng)項(xiàng)目討論可視化監(jiān)控冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
金健米業(yè)股分有限公司生產(chǎn)工藝流程圖如圖2所示。由圖2可知,除了初清、清理工段為公共工段外,主要生產(chǎn)工段由兩條生產(chǎn)線構(gòu)成,該系統(tǒng)I/O信號的特點(diǎn)是:點(diǎn)多(接近2000點(diǎn)),分布廣。該系統(tǒng)控制特點(diǎn)是:工藝流程長、變化多、連鎖關(guān)系復(fù)雜多變、物流延時(shí)、批量與連續(xù)過程兼有等等。根據(jù)工藝控制任務(wù)和要求及控制系統(tǒng)的特點(diǎn),構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)如圖3所示。
3.1 硬件方面
圖3中PLC1主要控制公共的初清、清理工段;PLC2、PLC3分別控制一、二線生產(chǎn)(分別有礱谷、碾米及整理包裝工段)。每個(gè)PLC又帶有若干個(gè)I/O遠(yuǎn)程控制站。IPC1 為操作員站,主要負(fù)責(zé)監(jiān)控;IPC2為工程師站,除了PLC編程、網(wǎng)絡(luò)配置、監(jiān)控組態(tài)之外,也作為IPC1監(jiān)控的備用。PLC采用德國西門子公司的S7-200型(CPU315-2DP);IPC采用臺灣研華公司的工控機(jī)(P2型),配備19″顯示器和UPS、打印機(jī)等。
3.2 通信網(wǎng)絡(luò)及接口
通信網(wǎng)絡(luò)采用PROFUBUS現(xiàn)場總線,它是由SIEMENS公司等13家企業(yè)和5家科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出,目前已提到了廣泛應(yīng)用。各PLC均通過西門子CP341[2]通信模塊與PROFIBUS現(xiàn)場總路線相連。IPC則通過西門子CP5412A通信適配卡相連。如圖4、5所示。
3.3 軟件
軟件采用西門子Wincc[3]可視化監(jiān)控組態(tài)軟件。它基于32位Windows95/98/2000標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)。它具有圖形設(shè)計(jì)器、報(bào)警處理器、報(bào)表編輯器、變量管理器等。
通過Wincc軟件,使精米生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)控具有較強(qiáng)的功能。按照生產(chǎn)工藝分成10幅監(jiān)控主畫面和若干生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表畫面,各畫面可隨時(shí)可任意切換。操作者可在監(jiān)控站上對工段選擇運(yùn)行方式,當(dāng)處于自動控制方式時(shí),各工段自動啟停;處于手動方式時(shí),可在監(jiān)控站上對各設(shè)備直接進(jìn)行人工操作。故障報(bào)警方面,在系統(tǒng)進(jìn)行自動故障處理的同時(shí),除了系統(tǒng)聲光報(bào)警、相應(yīng)畫面相應(yīng)圖案變色或閃爍外,還立即生成各成信息表。
可視化監(jiān)控軟件冗余體現(xiàn)在可視化監(jiān)控組態(tài)軟件Wincc的“冗余度“功能。這種功能使兩個(gè)并行的Wincc監(jiān)控站同時(shí)運(yùn)行,以保證監(jiān)控的連續(xù)性。圖3中,如果IPC1發(fā)生故障,IPC2即可接替監(jiān)控。當(dāng)IPC1恢復(fù)運(yùn)行時(shí),在IPC1停止運(yùn)行期間IPC2秘采集的全部數(shù)據(jù)都會自動自制到IPC1,從而再一次同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)Wincc監(jiān)控站。
4 可視化監(jiān)控冗余系統(tǒng)的特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的控制方式相比,筆者認(rèn)為至少有以下三方面的特點(diǎn)。
1)使生產(chǎn)的控制與管理過程可視化、科學(xué)化。計(jì)算機(jī)顯示屏上的圖形、圖象以及鍵盤、鼠標(biāo)等都是人機(jī)信息交互的手段。
2)工能齊全。目全計(jì)算機(jī)可視化監(jiān)控技術(shù)的最大特點(diǎn)是實(shí)時(shí)多任務(wù),即:數(shù)據(jù)的采集與輸出、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示及人機(jī)對話、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲與檢索、實(shí)時(shí)通信等多個(gè)任務(wù)在同一臺計(jì)算機(jī)上同時(shí)進(jìn)行。
3)運(yùn)行可靠。大量開關(guān)、指示燈、儀表的操作臺和模擬屏被取代后,硬件及接線大大減少,顯著地降低了硬件故障引起監(jiān)控異常的概率;此外若采用工業(yè)現(xiàn)場總線環(huán)境就允許設(shè)置多個(gè)監(jiān)控主站,可形成冗余監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控主站之間可互為備用,這樣就有效地提高了運(yùn)行的可靠性。
評論