基于UNO和ADAM5510的遠(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(dá)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。考慮到設(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(yùn)行。

遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控站、遠(yuǎn)程運(yùn)行站和設(shè)備維護(hù)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(jī)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(hù)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(jī)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(yuǎn)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?fù)浣Y(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(jī)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(jī)、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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