基于三菱產(chǎn)品的Web的SCADA系統(tǒng)設(shè)計與實施

隨著現(xiàn)代工廠信息自動化進程的加快，企業(yè)逐漸將管理、決策、市場信息和現(xiàn)場控制信息結(jié)合起來，實現(xiàn)ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution system)、PCS(Process Control System)三層信息一體化的解決方案。同時，企業(yè)內(nèi)部之間以及與外部交換信息的需求也在不斷擴大，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對生產(chǎn)的管理要求不斷提高，這種要求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，同時還要求把現(xiàn)場信息和管理信息結(jié)合起來，建立一套全集成的、開放的、全廠綜合自動化的信息平臺，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，通過對經(jīng)營決策、管理、計劃、調(diào)度、過程優(yōu)化、故障診斷、現(xiàn)場控制等信息的綜合處理，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（Supervisory Control And Data Acquisition）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。

基于Web的SCADA系統(tǒng)與傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點：

Ø 可以遠程訪問，使用戶雖遠離現(xiàn)場，亦可了解現(xiàn)場情況；

Ø 報警方式的多途徑實現(xiàn)，不僅能在SCADA監(jiān)控系統(tǒng)中顯示，還可以通過傳呼、E-mail甚至手機短信實現(xiàn)；

Ø 一個用戶可監(jiān)控多個過程，多個用戶可以監(jiān)控同一過程，真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放性及過程信號的透明化；

Ø 儀器虛擬化，操作簡單，不僅可以進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)記錄，更可以進行智能化分析；

Ø 多種儀器、多種控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，使全局自動診斷能力增強；

Ø 既可在原有的PLC/DCS基礎(chǔ)上安裝，也可以獨立安裝，能夠?qū)崿F(xiàn)與原系統(tǒng)的無縫連接。

1.1 開發(fā)需求與背景

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)廠家采用菱電公司的PLC A2SH CPU、現(xiàn)場總線CC－LINK控制器A1SJ61BT11以及Ethernet控制器A1SJ71E71-B5-S3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A2SH CPU+A1SJ71E71-B5-S3在內(nèi)的各服務(wù)器均采用10M Ethernet連接。考慮到設(shè)備的實時控制要求，采用了CC－LINK現(xiàn)場總線用以實時控制各生產(chǎn)設(shè)備的運行。塑膠車間的基于Web 的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1所示。

圖1：基于Web 的SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 A2SH PLC

A2SH PLC 由于增加了CC-Link的專用指令，且內(nèi)置的性能諸如鋰電池、后備RAM、用戶存儲器、實時時鐘和一個靈活的通信口，使其能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用場合。

2.2 CC-LINK 現(xiàn)場總線【2】

CC-Link是Control&Communication Link (控制與通信鏈路系統(tǒng))的簡稱，是三菱電機于1996年推出的開放式現(xiàn)場總線，其數(shù)據(jù)容量大，通信速度多級可選擇，而且它是一個復(fù)合的、開放的、適應(yīng)性強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠適應(yīng)于較高的管理層網(wǎng)絡(luò)到較低的傳感器層網(wǎng)絡(luò)的不同范圍。CC-Link是一個以設(shè)備層為主的網(wǎng)絡(luò)，一般情況下，CC-Link整個一層網(wǎng)絡(luò)可由一個主站和六十四個從站組成。網(wǎng)絡(luò)中的主站由PLC擔(dān)當(dāng)，從站可以是遠程I/O模塊、特殊功能模塊、帶有CPU和PLC本地站、人機界面、變頻器及各種測量儀表、閥門等現(xiàn)場儀表設(shè)備。且可實現(xiàn)從CC-Link到AS-I總線的聯(lián)接。CC-Link具有高速的數(shù)據(jù)傳輸速度，最達可達10Mbps。CC-Link的底層通信協(xié)議遵循RS485，一般情況下，CC-Link主要采用廣播一輪詢的方式進行通信，CC-Link也支持主站與本地站、智能設(shè)備站之間的瞬間通信。

CC-Link。具有性能卓越、應(yīng)用廣泛使用簡單節(jié)省成本等突出優(yōu)點。

2.3基于Web的SCADA計算機管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)【3】

B/S（Brower/Server）結(jié)構(gòu)是現(xiàn)行企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)選結(jié)構(gòu)體系，在相同的性能需求下可以使整個計算機系統(tǒng)的投資大幅降低；其次，它具有很好的開放性、兼容性和容錯能力，并且易于功能和用戶的擴充。B/S結(jié)構(gòu)體系實現(xiàn)了分布式協(xié)作處理業(yè)務(wù)。客戶機可以分布設(shè)置在企業(yè)的各個部門，分別進行各自的業(yè)務(wù)處理，而且具有協(xié)作處理和計算的環(huán)境，發(fā)揮各自特長相互協(xié)作運行，實現(xiàn)有效的管控一體化管理。

2.4 Intranet與Infranet（Infrastructure Networks）實時數(shù)據(jù)交換技術(shù)

基于Web的SCADA開發(fā)的關(guān)鍵在于實現(xiàn)Infranet與Intranet之間信息傳送的有效性與可用性。動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE（Dynamic Data Exchange）是實現(xiàn)Infranet與Intranet集成的一種方便方法，尤其是在Infranet與Intranet之間具有中間系統(tǒng)或共享存儲器工作站時。基于DDE方法實現(xiàn)Infranet與Intranet 集成的關(guān)鍵是：

1）中間系統(tǒng)的通信處理機起溝通Infranet與Intranet的橋梁作用。通信處理機一方面是信息網(wǎng)絡(luò)的一個工作站，同時又是控制網(wǎng)絡(luò)中的一個工作站。在通信處理機上運行兩個應(yīng)用程序，一個是實時通信程序，實現(xiàn)實時信息的接收、檢錯、信息格式轉(zhuǎn)換等功能，為信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫提供實時數(shù)據(jù)信息。另一個是數(shù)據(jù)庫訪問應(yīng)用程序接口，它接收DDE服務(wù)器送來的實時數(shù)據(jù)并寫到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，供信息網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息處理、統(tǒng)計、分析、管理等功能。

2）為了能夠通過共享內(nèi)存實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)交換，在網(wǎng)絡(luò)控制器上安裝有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0以使之實現(xiàn)DDE功能。

實時數(shù)據(jù)交換的過程為：首先，DDE客戶應(yīng)用程序向DDE服務(wù)器應(yīng)用程序發(fā)出請求，DDE服務(wù)器應(yīng)用程序響應(yīng)請求，雙方建立連接，開始對話。然后，DDE服務(wù)器應(yīng)用可以和DDE客戶應(yīng)用進行實時數(shù)據(jù)交換，DDE客戶應(yīng)用可以訪問DDE服務(wù)器應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫。

2.5 實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)【4】

實時數(shù)據(jù)庫是基于Web的SCADA系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理和管理的核心，它的一個基本特征就是與時間相關(guān)性，與時間相關(guān)性包含兩個方面：1）數(shù)據(jù)與時間相關(guān)，2）數(shù)據(jù)的值隨時間而變化。實時數(shù)據(jù)庫要求無縫地集成了數(shù)據(jù)庫與定時性，但并不是數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實時系統(tǒng)兩者的簡單結(jié)合，兼顧了常規(guī)數(shù)據(jù)庫處理能力和實時處理技術(shù)需求。不僅要求有并發(fā)處理能力，同時還要具有分布式網(wǎng)絡(luò)的功能，其中有1）實時數(shù)據(jù)模型包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整性約束在內(nèi)的實時數(shù)據(jù)模型，2）實時事務(wù)的模型與處理3）數(shù)據(jù)存儲與緩沖區(qū)管理。

3 結(jié)束語

企業(yè)信息化是我國國民經(jīng)濟信息化的首要任務(wù)，而企業(yè)綜合自動化是企業(yè)的發(fā)展方向。基于Web的SCADA給企業(yè)信息化奠定了堅實的基礎(chǔ)。實現(xiàn)企業(yè)信息化與綜合自動化，不但要發(fā)展控制網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)信息網(wǎng)絡(luò)，而且要注重控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成，實現(xiàn)計算機協(xié)同工作與信息共享，這是未來數(shù)字企業(yè)的發(fā)展方向。