基于iFIX的水廠信息集成系統(tǒng)

摘 要 本文以揚(yáng)子水廠企業(yè)網(wǎng)設(shè)計(jì)、實(shí)施為背景，討論了異構(gòu)系統(tǒng)之間的信息集成，實(shí)現(xiàn)管控一體化的一種思路和方法。而這種系統(tǒng)間信息集成正是今后控制系統(tǒng)發(fā)展的要求。采用Intellution公司的IFix系列產(chǎn)品，很好的解決了此類(lèi)需求。 關(guān)鍵詞 信息集成 ifix iWeb服務(wù)器 DDE 0．引言 所謂異構(gòu)是指系統(tǒng)中包含了不同的操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用軟件，這種大量存在的相互獨(dú)立，自成體系的控制系統(tǒng)形成的自動(dòng)化孤島，使得系統(tǒng)各個(gè)部分間的信息不能自動(dòng)地交換，難以保證信息間的正確的、高效的共享和交換。所以，異構(gòu)環(huán)境下信息集成要求實(shí)現(xiàn)：1）不同通信協(xié)議間的共存； 2）不同數(shù)據(jù)庫(kù)間的相互訪問(wèn)；3）不同商用軟件間必要的接口。即所謂的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)集成、數(shù)據(jù)庫(kù)集成、應(yīng)用集成。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題，采用的INTELLUTION公司的IFix系列的產(chǎn)品提供了很好的解決方案。 目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展階段恰處在由各自獨(dú)立的車(chē)間級(jí)控制系統(tǒng)向全企業(yè)的MIS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化期。為了逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)揚(yáng)子水廠有關(guān)“人、財(cái)、物、產(chǎn)、供、銷(xiāo)”等要素的全廠資源管理（ERP），使該廠信息流和物資流有機(jī)地集成優(yōu)化而達(dá)到以最低的成本獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，基于此，我們采用了IFix監(jiān)控軟件加Iweb服務(wù)器發(fā)布的方案，組建了水廠信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 1．水廠工藝流程 揚(yáng)子水廠的工藝流程如圖1所示，該廠的水源位于八卦洲附近，直線距離水廠本部約4.7公里，江水自取水車(chē)間抽入流至廠本部。在供水車(chē)間先經(jīng)過(guò)一次加藥、加氯消毒進(jìn)入沉淀池，加礬沉淀進(jìn)入過(guò)濾池，之后分為工業(yè)用水和生活用水兩部分，分別送往廠區(qū)使用或生活區(qū)飲用。生活用水還要經(jīng)過(guò)二次加氯消毒處理。另外，水廠還自備兩個(gè)污水處理的凈水車(chē)間。本次系統(tǒng)建設(shè)中，是將取水車(chē)間、供水車(chē)間、凈水二車(chē)間（凈一車(chē)間情況相同，但仍在改造期。）和廠調(diào)聯(lián)網(wǎng)，形成綜合采用工業(yè)控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，信息表現(xiàn)技術(shù)等，建立網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的管控一體化的信息處理系統(tǒng)。 由于車(chē)間各自不同的技術(shù)特點(diǎn)，先后不同的改造時(shí)期，各車(chē)間的控制系統(tǒng)大體情況如下：取水車(chē)間采用Modicon Compact系列的PLC控制器，通訊協(xié)議為Modbus；供水車(chē)間中控主體采用研華ADAM-4000系列數(shù)據(jù)采集模塊，其中加礬工段有一個(gè)PLC控制器，低硅泵房工段也是ADAM-4000系列數(shù)據(jù)采集模塊。三者之間數(shù)據(jù)需要交互；凈二車(chē)間采用Honywell公司的Scan3000 DCS系統(tǒng)。最后，各車(chē)間的數(shù)據(jù)在廠調(diào)匯總，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)配、集中監(jiān)控、實(shí)時(shí)發(fā)布，并在今后準(zhǔn)備送往揚(yáng)子石化公司信息中心。 2．體系結(jié)構(gòu)模型 2.1原理模型 基于此，開(kāi)發(fā)出一種符合需求的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)信息集成系統(tǒng)---這是基于B/S/C（Browse/Sever/Collection）模型的Web發(fā)布應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。很好解決了與企業(yè)Intranet的有效集成。如圖2所示： 下面逐一解釋?zhuān)?用戶(hù)服務(wù)層，向用戶(hù)提供可視界面，用戶(hù)通過(guò)瀏覽器向數(shù)據(jù)管理層發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求，獲得信息服務(wù)。 數(shù)據(jù)管理層，接受用戶(hù)服務(wù)層的請(qǐng)求，向用戶(hù)服務(wù)層返回結(jié)果；向數(shù)據(jù)采集層發(fā)出請(qǐng)求，接受返回結(jié)果，并進(jìn)行加工、處理和維護(hù)。 數(shù)據(jù)采集層，與各裝置的控制系統(tǒng)互聯(lián)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；向數(shù)據(jù)管理層發(fā)送數(shù)據(jù)。 而采用Intellution公司的IFix系列的產(chǎn)品以此原理為基礎(chǔ)，提供了企業(yè)很好的解決方案。下面詳細(xì)介紹。 2.2實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 按照上面的原理模型組建的水廠信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型。如圖3所示： 其中的技術(shù)方案及技術(shù)關(guān)鍵包括： 1）根據(jù)水廠各車(chē)間物理位置分散、距離比較遠(yuǎn)的特點(diǎn)，局域網(wǎng)內(nèi)部主干網(wǎng)絡(luò)采用光纜傳輸，再通過(guò)集線器分配給各用戶(hù)。 2）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件平臺(tái)采用WINDOWS 2000 SERVER，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL SERVER，各子系統(tǒng)通訊開(kāi)發(fā)采用高級(jí)語(yǔ)言VB。這也是考慮到IFix系列的產(chǎn)品對(duì)VBA很好的集成。 3)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)與管理網(wǎng)絡(luò)的對(duì)接通訊。 4)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)、調(diào)度、計(jì)劃、設(shè)備等子系統(tǒng)，并建立水廠WEB網(wǎng)站和內(nèi)部郵件系統(tǒng)。這部分由IWEB服務(wù)器完成。 3．用戶(hù)服務(wù)層 由于在廠部、取供水的上位機(jī)都采用Intellusion公司I Fix的監(jiān)控軟件，所以在WWW服務(wù)器上采用IFIX 和Iweb Server軟件。Iweb Server軟件提供的用戶(hù)服務(wù)層的服務(wù)由Active X結(jié)合Html實(shí)現(xiàn)，將客戶(hù)端的請(qǐng)求和可視界面封裝到Active X控制中，當(dāng)用戶(hù)首次訪問(wèn)時(shí)，自行下載、注冊(cè)和運(yùn)行。通過(guò)Iweb Server軟件實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)用戶(hù)或遠(yuǎn)程撥號(hào)用戶(hù)通過(guò)WEB瀏覽器訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)各種原始數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)畫(huà)面。 4．?dāng)?shù)據(jù)管理層 4.1基本管理方式 數(shù)據(jù)服務(wù)層實(shí)現(xiàn)基本數(shù)據(jù)處理活動(dòng)，包括存儲(chǔ)、修改、更新以及數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)服務(wù)。由于企業(yè)的生產(chǎn)裝置比較分散，數(shù)據(jù)來(lái)源、存儲(chǔ)是分布的，數(shù)據(jù)的處理和去向也是分布的，導(dǎo)致數(shù)據(jù)服務(wù)層的特點(diǎn)是分布式處理。 對(duì)于內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，如數(shù)據(jù)存放于NT服務(wù)器。在NT中建立內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)，即可以通過(guò)NETDDE進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，也可以通過(guò)TCP/IP等技術(shù)的編程實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于DBMS，如數(shù)據(jù)存放于ORACLE或SQL SEVER等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)開(kāi)放的數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)接口（ODBC），進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，也可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)客戶(hù)端專(zhuān)用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)。 4.2實(shí)際應(yīng)用 在本項(xiàng)目中，上位機(jī)監(jiān)控軟件除了凈二車(chē)間的Scan3000 DCS外，大都是Fix系列的。這兩套軟件本身對(duì)NETDDE和ODBC都提供了良好的支持，但各自的定義的格式并不相同，所以在相互通訊上不能順利組態(tài)應(yīng)用。由此，在廠網(wǎng)一級(jí)，我們統(tǒng)一采用了由VB編程使用TCP/IP技術(shù)中的Socket套接字的解決方案。它又有兩類(lèi)協(xié)議可以利用：一種是TCP協(xié)議，這需要傳送數(shù)據(jù)前首先建立連接，錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)重發(fā)，因而可靠性好，但網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)較重；另一種是UDP協(xié)議，這種用戶(hù)數(shù)據(jù)文報(bào)協(xié)議是一個(gè)無(wú)連接協(xié)議，發(fā)送方只負(fù)責(zé)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此不能確保數(shù)據(jù)傳輸完全正確，但它占用的網(wǎng)絡(luò)資源較少。由于數(shù)據(jù)傳輸量較少，用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)刷新率要求不高，綜合考慮下，采用了UDP協(xié)議。具體Socket編程結(jié)構(gòu)如圖4所示。 所以，取水車(chē)間、供水車(chē)間和凈二車(chē)間的上位機(jī)之間的相互數(shù)據(jù)傳輸以及向廠調(diào)的數(shù)據(jù)傳輸都采用了這種方式。最后，由廠調(diào)的IFix數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至WEB服務(wù)器上的SQL SEVER，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)發(fā)布。 另在供水車(chē)間一級(jí)各IFix之間的數(shù)據(jù)傳輸都采用IFix內(nèi)部所支持的NETDDE通訊。格式如下四部分：=\\計(jì)算機(jī)名\NDDE$|DDEShare.DDE!項(xiàng)。計(jì)算機(jī)名，是服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的計(jì)算機(jī)或工作站的名字；NDDE$，是一個(gè)保留名，它確定NetDDE用于數(shù)據(jù)傳輸；DDEShare，是一個(gè)DDEShare名，它將為你配置通信聯(lián)系的每一個(gè)應(yīng)用程序和主題。這定義的一個(gè)別名，當(dāng)指定地址時(shí)確定將該共享名增加到DDE后。項(xiàng)名，它是用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)莫?dú)立部分，這取決于服務(wù)器應(yīng)用中保存數(shù)據(jù)的方式?？蛻?hù)端和服務(wù)器端如此設(shè)定即可實(shí)現(xiàn)相互之間可靠的、安全的數(shù)據(jù)傳輸通訊。 5．?dāng)?shù)據(jù)采集層 5.1凈二車(chē)間Scan3000 DCS系統(tǒng) 霍尼韋爾Scan3000/S9000集散控制系統(tǒng)是由經(jīng)長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)的監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件包。Scan3000系統(tǒng)采用的以太網(wǎng)TCP/IP通訊連接方法，基于Client/Server結(jié)構(gòu)的監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成方案，可根據(jù)用戶(hù)的生產(chǎn)需求非常方便地?cái)U(kuò)展用戶(hù)的系統(tǒng)。Scan3000服務(wù)器軟件運(yùn)行在Windows NT網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)環(huán)境下。Scan3000服務(wù)器維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。這意味著可非常方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)視、控制當(dāng)前的生產(chǎn)過(guò)程并采集歷史數(shù)據(jù)、打印數(shù)據(jù)報(bào)表。 相應(yīng)的組態(tài)內(nèi)容非常簡(jiǎn)捷的。程序下裝后生成一個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)PDB，從S9000中獲取數(shù)據(jù)。再做好相應(yīng)的DDE服務(wù)器端的配置即可向外傳送數(shù)據(jù)。 5.2供水車(chē)間ADAM數(shù)采系統(tǒng) 本次采用的ADAM-4000系列模塊，這是一種內(nèi)置微處理器、變送器和計(jì)算機(jī)接口的智能設(shè)備 ,用戶(hù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)以RS— 485通訊協(xié)議 ,發(fā)出ASCII碼專(zhuān)用命令集對(duì)模塊進(jìn)行遙控。模擬量輸入模塊是ADAM-4017，為毫伏級(jí)、伏級(jí)電壓和電流輸入信號(hào)；數(shù)字量 I/O模塊是ADAM-4050，為輸入、輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)；通訊模塊是ADAM-4520(RS -232/RS -485轉(zhuǎn)換器 )計(jì)算機(jī)沒(méi)有RS-485接口時(shí) ,可用此模塊轉(zhuǎn)換。此外，還加了一些ADAM –4510模塊，這是RS-485中繼器。 在IFix監(jiān)控軟件中對(duì)ADAM組態(tài)也是比較方便的。主要的內(nèi)容包括： 1） 通道定義，即定義Ifix的SCADA節(jié)點(diǎn)和過(guò)程硬件之間的通訊途徑，包括網(wǎng)絡(luò)硬件的波特率和其它的通訊設(shè)值。 2） 設(shè)備定義，即定義單個(gè)設(shè)備，所指定的硬件類(lèi)型和其它設(shè)備不同的配置。包括設(shè)備名、設(shè)備地址、設(shè)備型號(hào)。 3） Poll（輪詢(xún)）記錄定義，在一個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)塊里，定義指定的參數(shù)。包括初始地址和數(shù)據(jù)類(lèi)型，以及輪詢(xún)時(shí)間和等待時(shí)間的定義。 5.3取水車(chē)間PLC系統(tǒng) 取水車(chē)間上位機(jī)采用IFix監(jiān)控軟件，下位機(jī)采用Concept的組態(tài)軟件。通訊協(xié)議為Modbus協(xié)議。上、下位機(jī)數(shù)據(jù)通訊時(shí)，同時(shí)設(shè)置好通訊用的COM口,并對(duì)端口進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。主要參數(shù)如下：Baud Rate(波特率):9600；Date Bits（數(shù)據(jù)位）:8；Parity（奇偶位）:Even；Stop Bits（停止位）:1。 6．結(jié)束語(yǔ) 該信息集成系統(tǒng)結(jié)合企業(yè)Intranet/Internet建設(shè)，改造與發(fā)展了原有的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，并采用了較為先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)數(shù)據(jù)采集層針對(duì)性強(qiáng)，普遍性和可移植性好，安全可靠；客戶(hù)端使用方便，交互性好，免維護(hù)；通過(guò)擴(kuò)展可以支持ＰＬＣ、智能儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線和各種數(shù)采系統(tǒng)等設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)將企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程與管理緊密地結(jié)合起來(lái)，初步實(shí)現(xiàn)了企業(yè)全面生產(chǎn)、控制和管理的自動(dòng)化，為實(shí)現(xiàn)今后水廠的MIS系統(tǒng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]陽(yáng)憲惠主編《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用》 清華大學(xué)出版社 1999年6月第一版 [2]Schneider Automation 《Modicon