基于三菱产品的Web的SCADA系统设计与实施

　　1 基于Web的SCADA的特性

　　随着现代工厂信息自动化进程的加快,企业逐渐将管理、决策、市场信息和现场控制信息结合起来,实现ERP(Enterprise Resource Planning)、MES(Manufacturing Execution system)、PCS(Process Control System)三层信息一体化的解决方案。同时,企业内部之间以及与外部交换信息的需求也在不断扩大,现代工业企业对生产的管理要求不断提高,这种要求已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制,同时还要求把现场信息和管理信息结合起来,建立一套全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台,把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起,通过对经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息的综合处理,形成一个意义更广泛的综合管理系统。在PCS层中,只有具有Web功能的SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,才能满足企业信息自动化信息平台的要求,它使采集和监控的数据得以开放,能被更多的管理系统、控制系统和使用者所访问。

　　基于Web的SCADA系统与传统的SCADA系统相比,具有以下优点:

　　? 可以远程访问,使用户虽远离现场,亦可了解现场情况；

　　? 报警方式的多途径实现,不仅能在SCADA监控系统中显示,还可以通过传呼、E-mail甚至手机短信实现；

　　? 一个用户可监控多个过程,多个用户可以监控同一过程,真正实现了数据的开放性及过程信号的透明化；

　　? 仪器虚拟化,操作简单,不仅可以进行现场数据记录,更可以进行智能化分析；

　　? 多种仪器、多种控制系统的协同工作,使全局自动诊断能力增强；

　　? 既可在原有的PLC/DCS基础上安装,也可以独立安装,能够实现与原系统的无缝连接。

　　1.1 开发需求与背景

　　在塑料绝缘电线电缆生产过程中,有一极其关键的工序,即:塑胶工序,它是将绝缘PVC塑料挤制在导电线芯上,工艺要求其绝缘厚度必须在公差范围内,否则为废品。电线电缆生产厂家对此工艺特别重视,但废品率仍然较高,为节能降耗,为某电线电缆生产厂家采用菱电公司的PLC A2SH CPU、现场总线CC-LIK控制器A1SJ61BT11以及Ethernet控制器A1SJ71E71-B5-S3开发了一套基于Web的SCADA系统,效果较好,为企业实现“工厂信息自动化”奠定了坚实的基础。

　　2 系统设计

　　基于Web的SCADA系统的主要有以下几部分组成:数据库和WEB服务器、现场测控设备、监控设备、交换式以太网、浏览器等,其中交换式以太网是数据主通道。要真正实现基于Web的SCADA,不仅要考虑网络技术和控制技术的特点,还要考虑现代控制系统的新特性。比如数据传输的可靠性和准确性,数据通信的准确性是远程测控系统的首要要求,没有可靠的数据是不可能进行控制的。还有某些设备的实时性要求,必须保证其优先级,另外协议的简单化可实现少延迟,快速投递,网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的,而且要有高的编程效率和很好的兼容性,TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性,真正达到数据畅通无阻。

　　在设计中,车间级Intranet主要有车间Web服务器(用于外部Ethernet连接以及与班组网络连接)、车间生产服务器(用于生产计划、调度、报表统计等)以及车间控制服务器(车间生产控制流程、生产工艺控制、设备实时监控等)组成,与外部连接采用光纤通信介质,车间内部包括各班组服务器A2SH CPU+A1SJ71E71-B5-S3在内的各服务器均采用10M Ethernet连接。考虑到设备的实时控制要求,采用了CC-LINK现场总线用以实时控制各生产设备的运行。塑胶车间的基于Web 的SCADA系统结构图见图1所示。

　　

　　基于Web 的SCADA系统结构图

　　2.1 A2SH PLC

　　A2SH PLC 由于增加了CC-Link的专用指令,且内置的性能诸如锂电池、后备RAM、用户存储器、实时时钟和一个灵活的通信口,使其能适应工业现场应用场合。

　　2.2 CC-LINK 现场总线

　　CC-Link是Control&Communication Link (控制与通信链路系统)的简称,是三菱电机于1996年推出的开放式现场总线,其数据容量大,通信速度多级可选择,而且它是一个复合的、开放的、适应性强的网络系统,能够适应于较高的管理层网络到较低的传感器层网络的不同范围。CC-Link是一个以设备层为主的网络,一般情况下,CC-Link整个一层网络可由一个主站和六十四个从站组成。网络中的主站由PLC担当,从站可以是远程I/O模块、特殊功能模块、带有CPU和PLC本地站、人机界面、变频器及各种测量仪表、阀门等现场仪表设备。且可实现从CC-Link到AS-I总线的联接。CC-Link具有高速的数据传输速度,最达可达10Mbps。CC-Link的底层通信协议遵循RS485,一般情况下,CC-Link主要采用广播一轮询的方式进行通信,CC-Link也支持主站与本地站、智能设备站之间的瞬间通信。

　　CC-Link。具有性能卓越、应用广泛使用简单节省成本等突出优点。

　　2.3基于Web的SCADA计算机管理网络结构

　　B/S(Brower/Server)结构是现行企业信息网络的优选结构体系,在相同的性能需求下可以使整个计算机系统的投资大幅降低；其次,它具有很好的开放性、兼容性和容错能力,并且易于功能和用户的扩充。B/S结构体系实现了分布式协作处理业务。客户机可以分布设置在企业的各个部门,分别进行各自的业务处理,而且具有协作处理和计算的环境,发挥各自特长相互协作运行,实现有效的管控一体化管理。

　　2.4 Intranet与Infranet(Infrastructure Networks)实时数据交换技术

　　基于Web的SCADA开发的关键在于实现Infranet与Intranet之间信息传送的有效性与可用性。动态数据交换DDE(Dynamic Data Exchange)是实现Infranet与Intranet集成的一种方便方法,尤其是在Infranet与Intranet之间具有中间系统或共享存储器工作站时。基于DDE方法实现Infranet与Intranet 集成的关键是:1)中间系统的通信处理机起沟通Infranet与Intranet的桥梁作用。通信处理机一方面是信息网络的一个工作站,同时又是控制网络中的一个工作站。在通信处理机上运行两个应用程序,一个是实时通信程序,实现实时信息的接收、检错、信息格式转换等功能,为信息网络数据库提供实时数据信息。另一个是数据库访问应用程序接口,它接收DDE服务器送来的实时数据并写到数据库服务器中,供信息网络实现信息处理、统计、分析、管理等功能。2)为了能够通过共享内存实现动态数据交换,在网络控制器上安装有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0以使之实现DDE功能。

　　实时数据交换的过程为:首先,DDE客户应用程序向DDE服务器应用程序发出请求,DDE服务器应用程序响应请求,双方建立连接,开始对话。然后,DDE服务器应用可以和DDE客户应用进行实时数据交换,DDE客户应用可以访问DDE服务器应用的数据库。

　　2.5 实时数据库技术

　　实时数据库是基于Web的SCADA系统中数据处理和管理的核心,它的一个基本特征就是与时间相关性,与时间相关性包含两个方面:1)数据与时间相关,2)数据的值随时间而变化。实时数据库要求无缝地集成了数据库与定时性,但并不是数据库技术和实时系统两者的简单结合,兼顾了常规数据库处理能力和实时处理技术需求。不仅要求有并发处理能力,同时还要具有分布式网络的功能,其中有1)实时数据模型包括数据结构、数据操作和完整性约束在内的实时数据模型,2)实时事务的模型与处理3)数据存储与缓冲区管理。

　　3 结束语

　　企业信息化是我国国民经济信息化的首要任务,而企业综合自动化是企业的发展方向。基于Web的SCADA给企业信息化奠定了坚实的基础。实现企业信息化与综合自动化,不但要发展控制网络,建设信息网络,而且要注重控制网络与信息网络的集成,实现计算机协同工作与信息共享,这是未来数字企业的发展方向。

　　三菱电机自动化(香港)有限公司