簡析基于工業(yè)以太網(wǎng)的上位機監(jiān)控系統(tǒng)
摘 要：工業(yè)以太網(wǎng)控制技術是一種新型的工業(yè)控制系統(tǒng)，隨著其無縫整合的特點，在工業(yè)自動化控制方面以其獨特的優(yōu)勢，成為工業(yè)自動化控制方面比較熱門的技術，也是當前工業(yè)自動化發(fā)展的一個方向。
關鍵詞：工業(yè)以太網(wǎng) 上位機 監(jiān)控系統(tǒng)
一、前言
工業(yè)以太網(wǎng)技術是現(xiàn)場總線控制技術和集散控制系統(tǒng)之后的又一新型的技術，具有便于安裝、有較高的傳輸速度、低能耗高兼容性的特點，在工業(yè)自動化控制方面的得到了很好的利用，工業(yè)控制對網(wǎng)絡技術的需求也給工業(yè)以太網(wǎng)提供了更為廣闊的發(fā)展空間。通過以太網(wǎng)將企業(yè)的信息和工業(yè)控制兩個網(wǎng)絡進行了無縫連接，創(chuàng)造工業(yè)自動化控制的新時代。
二、上位監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計
1、服務器與生產(chǎn)車間的網(wǎng)絡設計
中控室設置數(shù)據(jù)采集服務器一臺(工程師站)，作為SCADA服務器(監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集)系統(tǒng)以Windows2003Server為操作平臺，運行控制軟件(如STEP7)完成生產(chǎn)線各控制軟件編制及上下載、故障診斷，運行組態(tài)監(jiān)控軟件(WinCC7.0)，完成設備控制信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集工作，經(jīng)過程序處理，生成各種文件，顯示各生產(chǎn)區(qū)域的動態(tài)畫面及圖形，對該區(qū)域的生產(chǎn)設備狀態(tài)、生產(chǎn)狀況、物流狀態(tài)進行動態(tài)模擬、實時監(jiān)控，并實現(xiàn)實時反映生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各部接口和設備的情況。
2、服務器與車間管理層的網(wǎng)絡設計
由于車間管理層和生產(chǎn)車間分屬于不同的網(wǎng)絡，因此設計了中央控制室計算機的雙網(wǎng)卡結(jié)構(gòu)，以連接兩個不同的網(wǎng)絡，以便于計算機對兩個網(wǎng)絡信息的同時處理。其中一塊網(wǎng)卡用于監(jiān)控現(xiàn)場控制裝置(PLC、HMI等)，另一塊網(wǎng)卡用于連接廠級管理服務器，讀取工藝參數(shù)，并作為上級管理計算機的終端。
3、客戶機及其附屬設備網(wǎng)絡設計
建立控制室局域網(wǎng)絡，且該局域網(wǎng)絡和生產(chǎn)車間網(wǎng)絡位于同一IP段。設置管理客戶機2臺(操作員站)，客戶機供操作員對特定控制區(qū)域進行生產(chǎn)設備狀態(tài)、生產(chǎn)狀況、物流狀態(tài)進行動態(tài)模擬、實時監(jiān)控，并實現(xiàn)實時反映生產(chǎn)環(huán)節(jié)中各部接口和設備的情況。設置看板系統(tǒng)控制計算機1臺，從SCADA服務器讀取數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息，建立顯示界面并對設備的運行狀況進行實時監(jiān)視，并能自動記錄工藝參數(shù)、打印故障報表。中控室及PLC網(wǎng)絡采用以太網(wǎng)交換機(SWITCH)進行網(wǎng)絡聯(lián)接，現(xiàn)場以太網(wǎng)交換機(SWITCH)之間的聯(lián)接采用光纜。
三、WINCC與PLC的通信連接
在當前WINCC系統(tǒng)運行的過程中，PLC間要進行過程通訊，需要在PLC控制系統(tǒng)上安裝驅(qū)動程序來對PLC進行控制，在安裝的驅(qū)動程序中有很多的通道單元，利用硬件驅(qū)動程序和接口對驅(qū)動程序進行支持。通過邏輯連接，WINCC數(shù)據(jù)管理可以使用遠程PLC中的變量。依據(jù)所需的步驟，通道單元利用指定的通道來連接訪問過程值，進而獲得WINCC數(shù)據(jù)管理所需要的過程值。
四、WINCC與LED顯示屏同步顯示
當前LED的顯示可以通過對通訊進行控制實現(xiàn)同步顯示和異步顯示。所謂的同步顯示就是指通訊信號和LED顯示屏實施時時通訊;異步顯示是顯示屏和上位機不同步運行，各自進行獨立的運行。但需要上位機將顯示信息編輯并發(fā)送到顯示屏體。為減少系統(tǒng)復雜性，本文提出了一種WINCC組態(tài)軟件與LED顯示屏同步顯示的技術方案，該方案簡潔高效，便于實現(xiàn)，避免了大量的編程開發(fā)工作，顯示原理：操作員在WINCC開發(fā)環(huán)境中將顯示信息按照LED大屏顯示軟件的要求制作好，包括尺寸、分辨率、顯示坐標等，然后掃描卡開始實時掃描看板計算機顯示屏幕的固定區(qū)域，發(fā)送卡將掃描卡得到的顯示信息通過以太網(wǎng)發(fā)送到光電轉(zhuǎn)換器，電信號轉(zhuǎn)換為光信號后經(jīng)光纖發(fā)送到現(xiàn)場LED屏幕上的光電轉(zhuǎn)換器上，光信號再轉(zhuǎn)換為電信號后進入接收卡。接收卡按照事先存入其中的參數(shù)信息，將信號調(diào)制為在LED允許范圍內(nèi)的電信號，加載到屏幕上。這樣完成了電腦顯示屏和LED屏的同步顯示。
五、上位機程序設計
上位機選用西門子公司的WinCCV6.2編寫，該軟件除了具有組態(tài)軟件的基本功能外，還采用標準MicrosoftSQLServer2000數(shù)據(jù)庫進行與PLC的通信，將PLC采集的和處理過的數(shù)據(jù)通過畫面的形式顯示出來;同時接受操作員的調(diào)度命令，通過工業(yè)以太網(wǎng)，對現(xiàn)場的設備進行遠程操作。系統(tǒng)設計了5個功能畫面，包括主界面、輸送帶綜保畫面、故障記錄畫面、網(wǎng)絡狀態(tài)畫面和參數(shù)設置畫面。主界面顯示了系統(tǒng)的7條帶式輸送機，以動畫區(qū)分狀態(tài)分別為：正常、運行、通訊錯誤及報警等，表示的顏色可以自行設定，基于分布式工業(yè)以太網(wǎng)的自動監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)分為以下幾個層次。
1、傳感儀表層
為了實現(xiàn)對生產(chǎn)工業(yè)流程的全程監(jiān)控，必須選用合適的傳感器對反應釜內(nèi)的壓力和溫度進行實時監(jiān)測，傳感器采用4～20mA電流信號作為傳輸介質(zhì)，將模擬量信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集模塊中。
2、數(shù)據(jù)采集層
數(shù)據(jù)采集模塊接收傳感器傳送過來的模擬量信號，采集模塊通過網(wǎng)絡RJ45接口，借助于TCP-IP通信協(xié)議或者工業(yè)以太網(wǎng)Modbus-TCP協(xié)議實現(xiàn)模擬量數(shù)據(jù)信號的網(wǎng)絡傳輸，從而構(gòu)建基于分布式工業(yè)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡架構(gòu)，實現(xiàn)全局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸。
3、PC終端
PC終端通過專用的組態(tài)軟件實現(xiàn)對眾多設備的參數(shù)變量的實時顯示，并提供友好的人機交互界面，完成數(shù)據(jù)的查詢、存儲和報表統(tǒng)計等管理功能。
4、驅(qū)動機構(gòu)層
在檢測過程中相關的參數(shù)出現(xiàn)異常時，相應的控制指令會從PC終端發(fā)出，在驅(qū)動機構(gòu)層將相關的指令進行執(zhí)行或放大，實現(xiàn)最終的報警或聯(lián)動控制。
5、動作執(zhí)行層
動作執(zhí)行層主要由通氯閥和壓力閥構(gòu)成，通氯閥的開度可以調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)的溫度，壓力閥的開度可以調(diào)節(jié)反應釜內(nèi)的壓力，它們通過接收來自PC終端發(fā)出的控制指令，經(jīng)過驅(qū)動放大轉(zhuǎn)變?yōu)殚y門調(diào)節(jié)的開度大小，從而實現(xiàn)對化工生產(chǎn)工藝流程的自動控制。
六、系統(tǒng)功能設計
基于以太網(wǎng)的綜合自動化系統(tǒng)是面向化工廠的生產(chǎn)運行設備而開發(fā)設計的，因此系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)對生產(chǎn)設備及其他相關設備的運行狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測和自動控制。具體來說，本自動監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要包含以下幾個方面。
1、在線監(jiān)測
通過布置合適的`壓力變送器和溫度變送器，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的各種生產(chǎn)實際參數(shù)進行采集，通過對采集的數(shù)據(jù)進行分析實現(xiàn)監(jiān)測控制，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)利用以太網(wǎng)將其發(fā)送至上位機監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就能實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的時時檢測和控制。
2、數(shù)據(jù)查詢
依靠上位機軟件的功能開發(fā)，一方面實現(xiàn)了對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時觀察;同時，利用曲線圖表反映設備運行狀態(tài)的走勢，輕松實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的查詢與訪問，提高了數(shù)據(jù)的客觀性與真實性;并對相關設備的性能狀態(tài)參數(shù)作出合理的預估，提高對設備運行狀態(tài)和性能的合理判斷。另一方面，系統(tǒng)可自動對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫存儲操作，歷史數(shù)據(jù)均保存在軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，在對某些設備進行檢修時，可以按照日期進行歷史數(shù)據(jù)的查詢。
3、生成報表與統(tǒng)計分析
上位機軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的報表統(tǒng)計與分析，可以按照用戶的需求自動生成Word或者Excel報表文件，從而為用戶提供相關決策的數(shù)據(jù)支撐。
七、結(jié)束語
隨著當前科學技術的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)在工業(yè)自動化控制方面的作用顯得更加的重要，以工業(yè)控制網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)信息網(wǎng)絡的無縫整合的優(yōu)點被廣泛的使用。雖然以太網(wǎng)在工業(yè)控制方面取得了很大的進步，但是在數(shù)據(jù)庫控制方面還有待加強，需要我們進一步改進，促進工業(yè)以太網(wǎng)更好的發(fā)展。
【簡析基于工業(yè)以太網(wǎng)的上位機監(jiān)控系統(tǒng)】相關文章：
1.基于單片機監(jiān)控系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文
3.簡析數(shù)字式車內(nèi)通信系統(tǒng)嵌入式以太網(wǎng)設計的論文
4.論基于CAN總線與以太網(wǎng)互聯(lián)的實時溫度和濕度監(jiān)控系統(tǒng)的研究
5.基于PLC控制的鍋爐實時監(jiān)控系統(tǒng)