基于UNO和ADAM5510的遠程SCADA系統(tǒng)設(shè)計與實施

1 開發(fā)需求與背景

隨著現(xiàn)代工廠信息自動化進程的加快，企業(yè)內(nèi)、外部之間的交換信息已不局限于通常意義上的對生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)的監(jiān)視和控制，而是需要把企業(yè)的橫向通信(同一層不同節(jié)點的通信)和縱向通信(上、下層之間的通信)緊密聯(lián)系在一起，形成一個意義更廣泛的綜合管理系統(tǒng)。在PCS層中，只有具有Web功能的SCADA系統(tǒng)，才能滿足企業(yè)信息自動化信息平臺的要求，它使采集和監(jiān)控的數(shù)據(jù)得以開放，能被更多的管理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和使用者所訪問。

在塑料絕緣電線電纜生產(chǎn)過程中，有一極其關(guān)鍵的工序，即：塑膠工序，它是將絕緣PVC塑料擠制在導(dǎo)電線芯上，工藝要求其絕緣厚度必須在公差范圍內(nèi)，否則為廢品。電線電纜生產(chǎn)廠家對此工藝特別重視，但廢品率仍然較高，為節(jié)能降耗，為某電線電纜生產(chǎn)廠家采用Advantech公司的網(wǎng)絡(luò)控制器UNO－2053以及基于PC的PLC控制器ADAM5510，開發(fā)了一套基于Web的SCADA系統(tǒng)，效果較好，為企業(yè)實現(xiàn)“工廠信息自動化”奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

基于Web的SCADA系統(tǒng)的主要有以下幾部分組成：數(shù)據(jù)庫和WEB服務(wù)器、現(xiàn)場測控設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、交換式以太網(wǎng)、瀏覽器等，其中交換式以太網(wǎng)是數(shù)據(jù)主通道。要真正實現(xiàn)基于Web的SCADA，不僅要考慮網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)的特點,還要考慮現(xiàn)代控制系統(tǒng)的新特性。比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蜏?zhǔn)確性，數(shù)據(jù)通信的準(zhǔn)確性是遠程測控系統(tǒng)的首要要求，沒有可靠的數(shù)據(jù)是不可能進行控制的。還有某些設(shè)備的實時性要求，必須保證其優(yōu)先級,另外協(xié)議的簡單化可實現(xiàn)少延遲，快速投遞，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的連接和更新不僅是動態(tài)的、實時的，而且要有高的編程效率和很好的兼容性，TCP/IP協(xié)議和現(xiàn)場總線協(xié)議的兼容性，真正達到數(shù)據(jù)暢通無阻。

在設(shè)計中，車間級Intranet主要有車間Web服務(wù)器（用于外部Ethernet連接以及與班組網(wǎng)絡(luò)連接）、車間生產(chǎn)服務(wù)器（用于生產(chǎn)計劃、調(diào)度、報表統(tǒng)計等）以及車間控制服務(wù)器（車間生產(chǎn)控制流程、生產(chǎn)工藝控制、設(shè)備實時監(jiān)控等）組成，與外部連接采用光纖通信介質(zhì)，車間內(nèi)部包括各班組服務(wù)器UNO－2053在內(nèi)的各服務(wù)器均采用100M Ethernet連接?？紤]到設(shè)備的實時控制要求，采用了PC－Based的Soft PLC ADAM5510控制器為主控制器，ADAM4000為輔助SCADA組件，用以實時控制各生產(chǎn)設(shè)備的運行。

遠程SCADA系統(tǒng)采用全分布式構(gòu)架,主站系統(tǒng)和子站系統(tǒng)通過基于企業(yè)內(nèi)部IP的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接。遠程監(jiān)控站、遠程運行站和設(shè)備維護站一起構(gòu)成主站系統(tǒng)，是直接與用戶接觸的部分，具有友好的人機界面；位于車間級的各個UNO則一起構(gòu)成子站系統(tǒng),這是與被監(jiān)控對象密切相關(guān)的部分，所有的監(jiān)控功能都通過子站系統(tǒng)作用到被維護對象上。塑膠車間的基于Web 的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

為了將系統(tǒng)集成為具有測量、控制、管理功能于一體的測控系統(tǒng)，整個計算機管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用B/S（Brower/Server）結(jié)構(gòu)、實時數(shù)據(jù)交換技術(shù)――DDE，并嵌入實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)有效的管控一體化管理。其中工藝控制服務(wù)器由實時數(shù)據(jù)庫、操作臺瀏覽器等組成,主要完成生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控功能。除安裝常規(guī)的Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0外，還安裝有生產(chǎn)工藝控制在線實時服務(wù)實據(jù)庫，以備現(xiàn)場智能控制設(shè)備實時訪問并下載工藝控制參數(shù)。生產(chǎn)在線服務(wù)器由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、辦公用戶瀏覽器等組成,主要完成生產(chǎn)過程的實時監(jiān)視功能和生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理功能，安裝有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5以及生產(chǎn)調(diào)度控制數(shù)據(jù)庫。車間Web服務(wù)器由企業(yè)Internet網(wǎng)站和用戶瀏覽器組成,主要完成遠程數(shù)據(jù)交互功能。

整個車間采用100M快速以態(tài)網(wǎng)為主干，連接各個智能控制單元PLC以及工藝控制服務(wù)器、生產(chǎn)在線服務(wù)器和車間Web服務(wù)器，系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。

2.1 班組級網(wǎng)絡(luò)控制器UNO－2053【2】

在車間班組級SCADA設(shè)計中，重點需考慮苛刻的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境、穩(wěn)定性以及電磁兼容等問題，同時還要避免操作人員非工作時間使用計算機而造成的不必要的麻煩。為此，選用了Advantech公司的工業(yè)級嵌入式微型PC－UNO2053起數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)作用，它集計算機、通信、控制于一體，同時與SCADA控制器ADAM5510具有良好的兼容性。貼片低功耗CPU避免了工業(yè)中風(fēng)扇故障、Socket結(jié)構(gòu)給控制系統(tǒng)帶來的散熱、電磁兼容、抗沖擊、抗震動問題，同時具有防塵、抗震、抗沖擊等特性，能滿足苛刻工業(yè)現(xiàn)場要求。是一款真正的具有“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”概念的工業(yè)級嵌入式網(wǎng)絡(luò)控制器。

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