一、系統(tǒng)特點(diǎn)與要求
打葉復(fù)烤線是用來(lái)對(duì)煙葉進(jìn)行加工，使其滿足存儲(chǔ)與制絲的工藝要求，是為卷煙企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)煙葉原料的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)線分為預(yù)處理段、打葉段、復(fù)烤段、除塵段。各段共同組成煙葉生產(chǎn)流水線。整條生產(chǎn)線設(shè)各繁多，分散，分布時(shí)變參數(shù)多信息交互量大是復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)。因此需要構(gòu)建SCADA系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)煙葉生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的檢測(cè)與控制。系統(tǒng)應(yīng)該達(dá)到的總體要求是：
1）為滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)監(jiān)控需求，系統(tǒng)要有高可靠性，數(shù)據(jù)交換要決速，抗干擾能力強(qiáng)，要采用分層控制方式關(guān)鍵部分采用冗余技術(shù)。
2）具有良好的圖形界面，能夠動(dòng)態(tài)，直觀地反映整條生產(chǎn)線的工藝流程，設(shè)各狀態(tài)便捷的操控界面，完善的報(bào)警功能，以及完善的趨勢(shì)分析等。
3）生產(chǎn)線分為多個(gè)工序段，為了生產(chǎn)協(xié)調(diào)需要能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶，多點(diǎn)分布監(jiān)控，有利于現(xiàn)場(chǎng)各工序點(diǎn)及時(shí)、快速對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)作出反應(yīng)。
4）要能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管埋功能，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交換。并可通過(guò)ODBC.SQL等技術(shù)與管理層數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
SCADA監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用PC+Ethernet+PLC+IN-TERBUS模式構(gòu)建，系統(tǒng)分為：設(shè)備層、控制層、監(jiān)控管理三層網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控管理層根據(jù)工業(yè)Ethernet協(xié)議構(gòu)建，PC通過(guò)交換機(jī)組成局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)客戶／服務(wù)器分布式監(jiān)控、管埋控制層采用INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線（FCS）連接PLC、分布式I/O.FCS儀表構(gòu)成控制網(wǎng)：設(shè)各層包括各種傳感器和執(zhí)行器2.1PLC+INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
控制器采用德國(guó)Phoenix公司PC-BASE主控器RFC430，它集成了工業(yè)Ethernet網(wǎng)接口，RS-232和INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口，通過(guò)INTERBUS總線與遠(yuǎn)程分布式站點(diǎn)件進(jìn)行數(shù)字化信息交換同時(shí)通過(guò)Ethernet網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)Ethernet和FCS耦合。RFC430控制器1k字指令執(zhí)行時(shí)間為0.1ms，保證控制的實(shí)時(shí)性?？刂瞥绦虿捎肍lash卡存儲(chǔ)，防止數(shù)據(jù)的丟失。采用符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的PCWORX控制軟件開發(fā)了功能塊圖（FBD）程序，實(shí)現(xiàn)了各段工藝流程控制.
INTERBUSFCS，采用集總幀傳輸協(xié)議，有效數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)52%，掃描4096I/O點(diǎn)的時(shí)間僅為7.8ms（500Kbps）。而且INTERBUS采用了光纖傳輸，降低了電磁干擾造成的故障：同時(shí)INTERBUS具各強(qiáng)大的故障診斷功能因此滿足了系統(tǒng)下位控制實(shí)時(shí)性、可靠性的要求
由于采用了FCS技術(shù)，減少了現(xiàn)場(chǎng)布線，降低了安裝成本，系統(tǒng)擴(kuò)展性好。5套R(shí)FC430控制器（用于相應(yīng)的工藝段控制）設(shè)置于主控柜內(nèi)；根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各分布需要，就近安裝控制子站用于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)各信號(hào)的采集、控制。子站采用終端IBSST24BK-LK模塊（相當(dāng)于遠(yuǎn)程和本地網(wǎng)的交換樞紐，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換），連接到INTERBUS總線，同時(shí)在本地子站掛接各種I/O模塊，其處理的信號(hào)類型包括4-20mA，110V，熱電偶、熱電阻等標(biāo)準(zhǔn)信號(hào).
由于INTERBUS總線開放性，大量選用了符合INTERBUS標(biāo)準(zhǔn)的Lenze變頻器，ABB的軟啟動(dòng)器、紅外水分儀，E+H的電磁流量計(jì)等，它們通過(guò)INTERBUS光纖接口模塊直接掛接到INTERBUS總線上，實(shí)現(xiàn)了儀表設(shè)備所有參數(shù)數(shù)據(jù)的全數(shù)字式采集和設(shè)置，充分發(fā)揮了智能儀表的分散控制功能；大大減少了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸造成的衰減和干擾口適應(yīng)了復(fù)烤線控制器件多，位置分散、易受干擾的特點(diǎn)。由于下位控制系統(tǒng)的先進(jìn)性為上位監(jiān)控提供了可靠、高效的數(shù)據(jù)支持。
2．PC+Ethernet網(wǎng)
根據(jù)生產(chǎn)的需要在每個(gè)關(guān)鍵工序段設(shè)置監(jiān)控站對(duì)本段設(shè)備進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控；同時(shí)在中控室對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行集中監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)了多用戶、集中／分布式監(jiān)控。在中控室，配置兩臺(tái)高性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，通過(guò)NCRLifeKeeper雙機(jī)容錯(cuò)軟件包和磁盤陣列實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備容錯(cuò)，以防止數(shù)據(jù)受到意外事故，造成數(shù)據(jù)丟失口其型號(hào)為IBMNetfinity5600選用兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)分別用來(lái)對(duì)生產(chǎn)線的前／后段進(jìn)行集中監(jiān)控。主機(jī)采用IBM電腦，SONY21寸高清晰顯示器。同時(shí)在工序段現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置7臺(tái)ICP工控機(jī)。并增加管理、編程計(jì)算機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行編程、故障診斷、設(shè)備管理。通過(guò)UPS對(duì)服務(wù)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、主控器、報(bào)表打印機(jī)HP8550DN進(jìn)行單獨(dú)供電，防止掉電造成生產(chǎn)停機(jī)。
在中控室放置一臺(tái)ForeSystemESX3000交換機(jī)，負(fù)責(zé)連接5套InterbusFCS系統(tǒng)、監(jiān)控機(jī)、服務(wù)器、管理、編程計(jì)算機(jī)。并采用4臺(tái)CISCOCATALYST2950交換機(jī)，負(fù)責(zé)連接各工序段的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站、新增鋪把、精選、環(huán)境除塵、潤(rùn)葉PLC.形成一個(gè)完整的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由于采用了工業(yè)Ethernet交換網(wǎng)技術(shù)，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源爭(zhēng)奪造成的沖突，通信的“確定性”和實(shí)時(shí)性得到保證。
根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的各種參數(shù)指標(biāo)和控制要求，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)采用MSSOLServer2000.它擔(dān)任整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的據(jù)服務(wù)工作，構(gòu)建客戶／服務(wù)器結(jié)構(gòu)。監(jiān)控軟件采用澳大利亞悉雅特公司Citect工業(yè)組態(tài)軟件進(jìn)行開發(fā)，運(yùn)行于Windows2000平臺(tái)。Citect組態(tài)軟件由Configuration Environment（組態(tài)環(huán)境）和Runtime System（運(yùn)行環(huán)境）兩部分組成。
3.通信方式
Citect和RF430主控器采用了OPC方式進(jìn)行通信，在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器運(yùn)行Phoenix Contact公司的Interbus OPCServ-er：通過(guò)它來(lái)訪問(wèn)控制器RF430上需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)，所有Citect監(jiān)控程序作為其客戶端.client利用DCOM技術(shù)，通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)運(yùn)行于Windows/2000平臺(tái)的OPCSERVER進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)的透明訪問(wèn)。OPCServer為基于Windows的應(yīng)用程序Citect和PLC控制程序建立了橋梁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放和互操作。
OPC使Citect監(jiān)控與RF430控制程序的數(shù)據(jù)通訊非常方便、可靠。OPCServer根據(jù)配置變量表，循環(huán)訪問(wèn)的PLC.并緩存所獲得的變量；同時(shí)客戶端Citect與緩存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交互。OPC通信方式數(shù)據(jù)刷新率很高，響應(yīng)能力強(qiáng)。（如監(jiān)控變量分為tPD/DA和CSV兩種。其循環(huán)更新時(shí)間對(duì)tPD/DA為1000Byte小于50ms，對(duì)csv變量1000Byte小于500ms.）保證了數(shù)據(jù)的更新速度，滿足了監(jiān)控和下位控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信要求。
對(duì)于新增PLC由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)較少，采用以太網(wǎng)直接通信方式，在西門子S7-300端增加CP343-1Ethernet模塊GE控制器端采用CCM通信模塊，通過(guò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)和Citect監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。原監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際點(diǎn)數(shù)為2700多點(diǎn)，選用了3000點(diǎn)檔的授權(quán)。為節(jié)約成本并未升級(jí)組態(tài)軟件點(diǎn)數(shù)。采用軟“壓縮”和軟“解壓縮”也同樣解決由于新增PLC控制系統(tǒng)而造成點(diǎn)數(shù)不夠的問(wèn)題口辦法是：先通過(guò)下位機(jī)PLC功能將點(diǎn)數(shù)壓縮，將個(gè)獨(dú)立的控制點(diǎn)組合為16個(gè)一組，及一個(gè)字，通過(guò)字進(jìn)行通信，相當(dāng)于16：1的壓縮比，然后在上位機(jī)Citect中將這些字信息解壓縮，及將這些字分解為有實(shí)際意義的位信息。如VarWord是由PLC傳送到上位機(jī)的一個(gè)包含16位信息的整形變量。因?yàn)閿?shù)值量只有0，1兩種狀態(tài)，所以要判斷16位中的第n為采用下式：VarBit-n=VarWordBLAND（2n），BitAND是與運(yùn)算指令，布爾型值，根據(jù)上式結(jié)果，即可執(zhí)行相應(yīng)的操作。節(jié)約了經(jīng)費(fèi)開支實(shí)現(xiàn)了同樣的控制。
三、監(jiān)控程序設(shè)計(jì)
利用Citect為監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)，使監(jiān)控界面友好，易于操作，圖形形象豐富能以動(dòng)畫的形式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并開發(fā)了完善的管理功能，方便了操作人員監(jiān)控，減輕了其勞動(dòng)強(qiáng)度。中控站完成生產(chǎn)線所有畫面的顯示與上位操作各現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)站分別完成每個(gè)工序段的監(jiān)控。共開發(fā)了有70多幅監(jiān)控畫面。
（1）各段工藝流程圖
包括打葉段的打葉、風(fēng)分機(jī)組、煙葉輸送設(shè)備烤片機(jī)各區(qū)設(shè)備預(yù)處理煙葉解把、切尖、潤(rùn)葉、加料設(shè)備的流程總貌圖。各工藝段又劃分為：設(shè)備動(dòng)態(tài)顯示圖水分、溫度、加料、轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)圖變量趨勢(shì)畫面分析圖等。
1）由于整條生產(chǎn)線使用了近400多臺(tái)各型電機(jī)并且電機(jī)又分為：變頻、軟啟動(dòng)器、接觸器三種控制方式。如何快速、簡(jiǎn)潔她反映各種電機(jī)的狀態(tài)，是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。對(duì)此我們采用了Citect的GENIES，SUPERGENIES（精靈、超級(jí)精靈）來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先用超級(jí)精靈構(gòu)建一個(gè)電機(jī)類，為該類添加各種屬性和方法：根據(jù)電機(jī)實(shí)際信號(hào)，通過(guò)顏色、文字來(lái)反映其的狀態(tài)，如故障、運(yùn)行、停止等屬性手動(dòng)啟／停等方法。然后建立精靈，它在畫面中代表電機(jī)的簡(jiǎn)略圖，根據(jù)不同的顏色表示電機(jī)的啟／停、故障、隔離開關(guān)的閉／合。然后在精靈中編寫腳本，調(diào)用超級(jí)精靈（點(diǎn)擊精靈后彈出超級(jí)精靈，詳細(xì)反映電機(jī)狀態(tài)）。AssPopUp（“!mo-Tor＿Vf"，"空氣開關(guān)％”，“％隔離開關(guān)％”，“％運(yùn)行指示％”，“％變頻器狀態(tài)％”，“％電機(jī)名稱％”“％電機(jī)號(hào)％”“％額定功率％”，“％額定電流％”）；!motor＿vf是被調(diào)用的超級(jí)精靈其后是電機(jī)的結(jié)構(gòu)變量（相當(dāng)于型參），對(duì)不同的電機(jī)實(shí)例賦予不同的實(shí)參，即可完成電機(jī)的類調(diào)用實(shí)現(xiàn)了類模塊化開發(fā)，大大提高了效率對(duì)于20多個(gè)“軟控制器”采用了同樣的方祛來(lái)開發(fā)包括控制器的狀態(tài)（MAN/AUTO），內(nèi)／外控的切換、調(diào)節(jié)參數(shù)、SP.PV.OP值及實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)曲線的顯示，并對(duì)SP/PV進(jìn)行分析，以便及時(shí)進(jìn)行控制參數(shù)調(diào)節(jié)以滿足控制工藝要求。
2）利用趨勢(shì)圖可以直觀地分析設(shè)定量與被控量的關(guān)系，評(píng)估控制效果，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整應(yīng)用Citect提供的大量?jī)?nèi)部函數(shù)，可實(shí)現(xiàn)了對(duì)趨勢(shì)圖靈活控制，如TrendSelectPen選擇要顯示的趨勢(shì)（TREND）變量；為用別的軟件分析當(dāng)前的趨勢(shì)數(shù)據(jù)，編寫函數(shù)ExportFileButton把當(dāng)前趨勢(shì)數(shù)據(jù)導(dǎo)出為CSV或dBASEⅢ格式文件，以便分析〔如SPC控制）、顯示和存儲(chǔ)TrnPrint實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)圖的打印.
（2）組合操作
包括遠(yuǎn)程、本地控制，單機(jī)、閉鎖、自動(dòng)選擇，組合啟動(dòng)／停止、煙葉進(jìn)出儲(chǔ)柜選擇等功能。操作員通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，選擇控制方式，發(fā)出指令到主控器，完成相應(yīng)的操作如在監(jiān)控畫面上按下“打葉段啟動(dòng)按鈕”則調(diào)用Start-Dy（）函數(shù)，發(fā)出生產(chǎn)線啟動(dòng)脈沖.IFMessage（"確認(rèn)"，"起動(dòng)打葉段嗎？"，33）=0THENDy_autostart=1；／／啟動(dòng)變量SIeepMS（500）；//延時(shí)Dy_autostart＝0；//復(fù)位
（3）報(bào)警功能
報(bào)警包括開關(guān)量報(bào)警如：變頻器故障、空開跳閘、安全限位開關(guān)報(bào)警模擬量報(bào)警如：水分過(guò)高／過(guò)低，蒸汽壓力報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警如通信I/OServe
