一、系統(tǒng)特點與要求
　　
　　打葉復(fù)烤線是用來對煙葉進行加工，使其滿足存儲與制絲的工藝要求，是為卷煙企業(yè)提供煙葉原料的關(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，分布時變參數(shù)多信息交互量大是復(fù)雜的生產(chǎn)過程系統(tǒng)。因此需要構(gòu)建SCADA系統(tǒng)以實現(xiàn)對煙葉生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的檢測與控制。系統(tǒng)應(yīng)該達到的總體要求是：
　　
　　1）為滿足系統(tǒng)的實時多任務(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*力強，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，完善的報警功能，以及完善的趨勢分析等。
　　
　　3）生產(chǎn)線分為多個工序段，為了生產(chǎn)協(xié)調(diào)需要能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶，多點分布監(jiān)控，有利于現(xiàn)場各工序點及時、快速對生產(chǎn)狀態(tài)作出反應(yīng)。
　　
　　4）要能實現(xiàn)生產(chǎn)管埋功能，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換。并可通過ODBC.SQL等技術(shù)與管理層數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。
　　
　　二、系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　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通過交換機組成局域網(wǎng)，實現(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)場總線
　　
　　控制器采用德國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)場總線接口，通過INTERBUS總線與遠程分布式站點件進行數(shù)字化信息交換同時通過Ethernet網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)了工業(yè)Ethernet和FCS耦合。RFC430控制器1k字指令執(zhí)行時間為0.1ms，保證控制的實時性。控制程序采用Flash卡存儲，防止數(shù)據(jù)的丟失。采用符合IEC1131-3標準的PCWORX控制軟件開發(fā)了功能塊圖（FBD）程序，實現(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52%，掃描4096I/O點的時間僅為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INTERBUS具各強大的故障診斷功能因此滿足了系統(tǒng)下位控制實時性、可靠性的要求
　　
　　由于采用了FCS技術(shù)，減少了現(xiàn)場布線，降低了安裝成本，系統(tǒng)擴展性好。5套RFC430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)場設(shè)各分布需要，就近安裝控制子站用于現(xiàn)場設(shè)各信號的采集、控制。子站采用終端IBSST24BK-LK模塊（相當于遠程和本地網(wǎng)的交換樞紐，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換），連接到INTERBUS總線，同時在本地子站掛接各種I/O模塊，其處理的信號類型包括4-20mA，110V，熱電偶、熱電阻等標準信號.
　　
　　由于INTERBUS總線開放性，大量選用了符合INTERBUS標準的Lenze變頻器，ABB的軟啟動器、紅外水分儀，E+H的電磁流量計等，它們通過INTERBUS光纖接口模塊直接掛接到INTERBUS總線上，實現(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；大大減少了信號遠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。由于下位控制系統(tǒng)的*性為上位監(jiān)控提供了可靠、的數(shù)據(jù)支持。
　　
　　2．PC+Ethernet網(wǎng)
　　
　　根據(jù)生產(chǎn)的需要在每個關(guān)鍵工序段設(shè)置監(jiān)控站對本段設(shè)備進行的現(xiàn)場監(jiān)控；同時在中控室對整條生產(chǎn)線進行集中監(jiān)控。實現(xiàn)了多用戶、集中／分布式監(jiān)控。在中控室，配置兩臺高性能監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過NCRLifeKeeper雙機容錯軟件包和磁盤陣列實現(xiàn)雙機熱備容錯，以防止數(shù)據(jù)受到意外事故，造成數(shù)據(jù)丟失口其型號為IBMNetfinity5600選用兩臺監(jiān)控計算機分別用來對生產(chǎn)線的前／后段進行集中監(jiān)控。主機采用IBM電腦，SONY21寸高清晰顯示器。同時在工序段現(xiàn)場設(shè)置7臺ICP工控機。并增加管理、編程計算機對控制系統(tǒng)進行編程、故障診斷、設(shè)備管理。通過UPS對服務(wù)器、監(jiān)控計算機、主控器、報表打印機HP8550DN進行單獨供電，防止掉電造成生產(chǎn)停機。
　　
　　在中控室放置一臺ForeSystemESX3000交換機，負責(zé)連接5套InterbusFCS系統(tǒng)、監(jiān)控機、服務(wù)器、管理、編程計算機。并采用4臺CISCOCATALYST2950交換機，負責(zé)連接各工序段的現(xiàn)場監(jiān)控站、新增鋪把、精選、環(huán)境除塵、潤葉PLC.形成一個完整的監(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)負荷，減少對網(wǎng)絡(luò)資源爭奪造成的沖突，通信的“確定性”和實時性得到保證。
　　
　　根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的各種參數(shù)指標和控制要求，服務(wù)器數(shù)據(jù)庫采用MSSOLServer2000.它擔任整個網(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)軟件進行開發(fā)，運行于Windows2000平臺。Citect組態(tài)軟件由ConfigurationEnvironment（組態(tài)環(huán)境）和RuntimeSystem（運行環(huán)境）兩部分組成。
　　
　　3.通信方式
　　
　　Citect和RF430主控器采用了OPC方式進行通信，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器運行PhoenixContact公司的InterbusOPCServ-er：通過它來訪問控制器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)，通過局域網(wǎng)對運行于Windows/2000平臺的OPCSERVER進行數(shù)據(jù)訪問，實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端數(shù)據(jù)的透明訪問。OPCServer為基于Windows的應(yīng)用程序Citect和PLC控制程序建立了橋梁，實現(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)訪問的PLC.并緩存所獲得的變量；同時客戶端Citect與緩存進行數(shù)據(jù)交換，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交互。OPC通信方式數(shù)據(jù)刷新率很高，響應(yīng)能力強。（如監(jiān)控變量分為tPD/DA和CSV兩種。其循環(huán)更新時間對tPD/DA為1000Byte小于50ms，對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)實時通信要求。
　　
　　對于新增PLC由于監(jiān)控點數(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，通過交換機實現(xiàn)和Citect監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。原監(jiān)控系統(tǒng)實際點數(shù)為2700多點，選用了3000點檔的*。為節(jié)約成本并未升級組態(tài)軟件點數(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)而造成點數(shù)不夠的問題口辦法是：先通過下位機PLC功能將點數(shù)壓縮，將個獨立的控制點組合為16個一組，及一個字，通過字進行通信，相當于16：1的壓縮比，然后在上位機Citect中將這些字信息解壓縮，及將這些字分解為有實際意義的位信息。如VarWord是由PLC傳送到上位機的一個包含16位信息的整形變量。因為數(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)費開支實現(xiàn)了同樣的控制。
　　
　　三、監(jiān)控程序設(shè)計
　　
　　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畫的形式實時顯示現(xiàn)場設(shè)備的運行狀態(tài)并開發(fā)了完善的管理功能，方便了操作人員監(jiān)控，減輕了其勞動強度。中控站完成生產(chǎn)線所有畫面的顯示與上位操作各現(xiàn)場工控機站分別完成每個工序段的監(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)分機組、煙葉輸送設(shè)備烤片機各區(qū)設(shè)備預(yù)處理煙葉解把、切尖、潤葉、加料設(shè)備的流程總貌圖。各工藝段又劃分為：設(shè)備動態(tài)顯示圖水分、溫度、加料、轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)圖變量趨勢畫面分析圖等。
　　
　　1）由于整條生產(chǎn)線使用了近400多臺各型電機并且電機又分為：變頻、軟啟動器、接觸器三種控制方式。如何快速、簡潔她反映各種電機的狀態(tài)，是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。對此我們采用了Citect的GENIES，SUPERGENIES（精靈、超級精靈）來實現(xiàn)。首先用超級精靈構(gòu)建一個電機類，為該類添加各種屬性和方法：根據(jù)電機實際信號，通過顏色、文字來反映其的狀態(tài)，如故障、運行、停止等屬性手動啟／停等方法。然后建立精靈，它在畫面中代表電機的簡略圖，根據(jù)不同的顏色表示電機的啟／停、故障、隔離開關(guān)的閉／合。然后在精靈中編寫腳本，調(diào)用超級精靈（點擊精靈后彈出超級精靈，詳細反映電機狀態(tài)）。AssPopUp（“!mo-Tor＿Vf"，"空氣開關(guān)％”，“％隔離開關(guān)％”，“％運行指示％”，“％變頻器狀態(tài)％”，“％電機名稱％”“％電機號％”“％額定功率％”，“％額定電流％”）；!motor＿vf是被調(diào)用的超級精靈其后是電機的結(jié)構(gòu)變量（相當于型參），對不同的電機實例賦予不同的實參，即可完成電機的類調(diào)用實現(xiàn)了類模塊化開發(fā)，大大提高了效率對于20多個“軟控制器”采用了同樣的方祛來開發(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值及實時調(diào)節(jié)曲線的顯示，并對SP/PV進行分析，以便及時進行控制參數(shù)調(diào)節(jié)以滿足控制工藝要求。
　　
　　2）利用趨勢圖可以直觀地分析設(shè)定量與被控量的關(guān)系，評估控制效果，并進行相應(yīng)的調(diào)整應(yīng)用Citect提供的大量內(nèi)部函數(shù)，可實現(xiàn)了對趨勢圖靈活控制，如TrendSelectPen選擇要顯示的趨勢（TREND）變量；為用別的軟件分析當前的趨勢數(shù)據(jù)，編寫函數(shù)ExportFileButton把當前趨勢數(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TrnPrint實現(xiàn)趨勢圖的打印.
　　
　　（2）組合操作
　　
　　包括遠程、本地控制，單機、閉鎖、自動選擇，組合啟動／停止、煙葉進出儲柜選擇等功能。操作員通過監(jiān)控計算機，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“打葉段啟動按鈕”則調(diào)用Start-Dy（）函數(shù)，發(fā)出生產(chǎn)線啟動脈沖.IFMessage（"確認"，"起動打葉段嗎？"，33）=0THENDy_autostart=1；／／啟動變量SIeepMS（500）；//延時Dy_autostart＝0；//復(fù)位
　　
　　（3）報警功能
　　
　　報警包括開關(guān)量報警如：變頻器故障、空開跳閘、安全限位開關(guān)報警模擬量報警如：水分過高／過低，蒸汽壓力報警系統(tǒng)報警如通信I/OServer故障等。根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)通過腳本進行判斷，如有異常情況，則進行的文字、語音提示。而且編寫腳本AIarmDspLast在主畫面醒目的位置顯示的報警.語音報警程序如下：
　　
　　tasknew（"soundtaskl"，""，8）／／觸發(fā)語音報警函數(shù)soundtaskl，參數(shù)8為調(diào)用模式
　　
　　FUNCTIONSoudtaskl（）DspPIaySound（"[run]：soundl.waV"，0）；//語音報警
　　
　　文字報警首先組態(tài)報警類別，包括報警文本顯示格式、故障發(fā)生／消除時間，報警設(shè)備、內(nèi)容描述、確認顏色等，然后在類別中添加控制器中需要報警的變量.
　　
　　故障發(fā)生進行提示的同時把報警記錄存入ASCⅡ＿DEV類型設(shè)各ALARMLOG中，生產(chǎn)結(jié)束時觸發(fā)SOL腳本，通過ODBC方式把報警記錄存入服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中。以便將來查閱分析排除故障后，調(diào)用腳本來確認報警通過這些措施實現(xiàn)了決速、直觀的故障診斷為生產(chǎn)維護帶來了極大的方便：同時通過統(tǒng)計、分析歷史故障有助于設(shè)各故障的預(yù)防維護。
　　
　　（4）控制設(shè)備參數(shù)表
　　
　　用于設(shè)定各工藝段的煙葉的加工參數(shù)如：電子稱流量，煙葉水分、溫度、電機轉(zhuǎn)速等等。
　　
　　（5）管理功能
　　
　　主要利用CicodeEditor編寫腳本，實現(xiàn)煙葉生產(chǎn)相關(guān)的管理。
　　
　　1）由于加工的煙葉根據(jù)特性分為42個等級，對不同的等級需要采用不同的加工參數(shù)，因此建立配方數(shù)據(jù)庫，根據(jù)生產(chǎn)需要進行配方的查尋、調(diào)用、更改、增減。開發(fā)中采用了SQL腳本通過ODBC方式的訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫SQLSERVER實現(xiàn)了煙葉加工的配方管理具體過程：首先在SQlServer中建立表PeiFang用于存儲煙葉加工配方參數(shù)，并在Cltect實時數(shù)據(jù)庫中組態(tài)dBASE數(shù)據(jù)表RECIPE.DBF，用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存在打開配方管理的事件中調(diào)用函數(shù)OpenRecipeQ.獲得RECIPE.DBF的句柄hReclpe-DevOpen（"RECIPE0），然后調(diào)用函數(shù)UpdateForm（）用RECIPE中的數(shù)據(jù)更新參賽表配方選用事件調(diào)用Selec-tRecipe（）函數(shù)把參賽表直接賦給PLC用于實際生產(chǎn)配方查尋事件調(diào)用SearchFormQ函數(shù)根據(jù)查尋條件從表PeiFang獲取數(shù)據(jù)，存入RECIPE表中并調(diào)用函數(shù)UpdateFormQ更新參賽表，完成查尋配方更換事件調(diào)用函數(shù)UpdateReclpe（）。把現(xiàn)在生產(chǎn)所使用的配方參數(shù)，更新表PeIFahg，實現(xiàn)配方的更新杳尋流程如圖1，查尋分為煙葉配方號（NoFlag）、煙葉等級CGradeFlag）兩種方式SQLExec執(zhí)行查詢hSQL為連接數(shù)據(jù)庫后返回的句柄QUERYSTR為查詢字符串UpdateForm腳本函數(shù)，用于更新配方顯示參數(shù)表。
　　
　　2）統(tǒng)計包括生產(chǎn)產(chǎn)量、有效作業(yè)率兩方面對每個班組產(chǎn)量統(tǒng)計，首先在控制程序中對動態(tài)電子皮帶稱煙葉重量脈沖累加，得到投料累計重量，利用腳本寫入數(shù)據(jù)庫而有效作業(yè)率是根據(jù)控制系統(tǒng)狀態(tài)（包括故障，生產(chǎn)，暫停）標志進行時間累加，并計算得到zui后對每個班的生產(chǎn)有效作業(yè)率，產(chǎn)量進行報表打印組態(tài)，作為班組考核依據(jù).
　　
　　（6）系統(tǒng)的安全性
　　
　　為防止未經(jīng)*的人員進入系統(tǒng)，進行操作、修改，設(shè)置了不同級別的操作權(quán)限，不同的用戶只能根據(jù)權(quán)限進行相應(yīng)的操作本系統(tǒng)設(shè)置了系統(tǒng)管理員級、生產(chǎn)管理員級、操作員級、電氣修理員級四種不同的權(quán)限。管理員級、電氣修理員級可進行系統(tǒng)維護；操作員級進行日常的操作生產(chǎn)管理員級可以進行各種參數(shù)的設(shè)置。具體實現(xiàn)如下：首先在數(shù)據(jù)庫表vwUser中定義用戶名，密碼，權(quán)限。然后根據(jù)輸入用戶名通過SQL查詢其權(quán)限，對RCltect用戶權(quán)限級別設(shè)置，賦予登錄者不同的操作權(quán)限防止了無*操作同時對每臺監(jiān)控機的所有操作時間、內(nèi)容，操作人員編寫函數(shù)TransLog進行記錄，一但出現(xiàn)問題便于檢查通過這些措施，保證了系統(tǒng)的安全性。　　　　
　　四、結(jié)束語
　　
　　本監(jiān)控系統(tǒng)自2004年8月在紅塔集團復(fù)烤車間投入運行以來，運行穩(wěn)定、可靠、監(jiān)控程序功能完善、有效、設(shè)計*。實現(xiàn)了煙葉生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控由于采用了Fcs+Ethernet的分級計算機監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸吞吐率、可靠性高、抗*力強系統(tǒng)設(shè)計、安裝、維護方便、靈活。