摘 要:
本文詳細介紹了iFIX軟件在煙草制絲線的集成應用，對軟件本身的特點進行了較深入的分析。結合在青島卷煙廠制絲車間的項目，詳細描述了用iFIX監(jiān)控軟件構建的集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術架構及在實際項目當中所應用到的各種異構系統(tǒng)的信息集成方式。
關鍵詞: 異構系統(tǒng)；信息集成；集中監(jiān)控系統(tǒng)
一. 項目背景
近幾年，隨著自動化控制技術的發(fā)展，特別是信息技術的快速發(fā)展，工業(yè)自動化和管理信息化的結合已成為工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
在青島卷煙廠易地技術改造項目中，青島卷煙廠將在新建聯(lián)合工房內建一條完整制絲生產線，其中包括一條葉片線、兩條葉絲線、一條梗線、一條梗絲線、一條混絲線及新建一個片煙配方庫、一個成品煙絲庫、新建一套香料廚房系統(tǒng)、一套異味處理系統(tǒng)、一套集中除塵系統(tǒng)輔助生產操作。為了現(xiàn)實制絲線自動化生產和高度的集中控制管理，青島卷煙廠需要建設一套適合青島卷煙廠生產和管理要求的制絲線自控及集成管控一體化系統(tǒng)。
二. 項目需求
青島卷煙廠自2006年異地搬遷之后，在新的制絲生產線上，新增MES、振動監(jiān)測、Web發(fā)布、制絲車間底層控制等多個控制系統(tǒng)。其中底層控制系統(tǒng)既有AB的PLC，也有西門子的PLC，是多種類型控制系統(tǒng)混合存在的。為了實現(xiàn)將青島制絲車間各異構系統(tǒng)信息集成，要求實現(xiàn)多種通訊協(xié)議的共存、不同數據庫的相互訪問、不同應用軟件之間有必要的接口能夠實現(xiàn)數據交互。
異構集成系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)車間層與企業(yè)戰(zhàn)略層及現(xiàn)場執(zhí)行層的縱向信息集成, 還可實現(xiàn)車間之間各子系統(tǒng)的橫向信息集成, 實現(xiàn)了真正意義上的信息集成與共享, 可滿足企業(yè)處理大量個性化市場信息的需要。
三. 解決方案簡介
青島制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)首先是設備控制系統(tǒng)的圖形化體現(xiàn)和生產管理系統(tǒng)與生產控制系統(tǒng)的交互層。集中監(jiān)控系統(tǒng)以I/O服務器為核心，通過工業(yè)以太網絡將制絲線各生產線的主控PLC、各個控制段以及單機控制系統(tǒng)的主控PLC和I/O服務器連接起來，實現(xiàn)方便快捷的數據交換，并最終由I/O服務器將采集的數據提供給車間數據庫服務器、監(jiān)控計算機、現(xiàn)場操作查詢終端進行集中監(jiān)控和信息查詢，同時通過Web服務器將生產線的實時監(jiān)控信息發(fā)布到廠級管理部門，便于整個煙廠的相關部門都能夠方便快捷的實時獲取制絲線的生產信息，了解生產進度和協(xié)調生產過程，徹底消除制造環(huán)節(jié)的“信息孤島”；集中監(jiān)控系統(tǒng)的根本目的是對生產過程以圖形化的方式進行監(jiān)視和控制；是實時過程數據信息的可視化網關；是設備控制系統(tǒng)、車間振動監(jiān)測系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)和廠級MES系統(tǒng)之間的信息集成粘合劑，是各個控制子系統(tǒng)信息集成的信息匯合點。
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的層次定位如下圖所示：
3.1集中監(jiān)控系統(tǒng)技術架構
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術架構在設計上分為4個層次：1）應用層；2）平臺層；3）數據服務層；4）通訊服務層。
其中通訊層位于設備控制系統(tǒng)系統(tǒng)、生產管理系統(tǒng)、廠級MES系統(tǒng)和數據服務層之間，主要完成底層I/O通訊、工業(yè)以太網通訊、過程數據采集和與其它業(yè)務系統(tǒng)的接口數據交換等功能。通過通訊層來實現(xiàn)實施數據、業(yè)務數據在各個系統(tǒng)中的交互。
整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的技術架構如下圖所示：
為實現(xiàn)青島卷煙廠制絲車間全面有效整合企業(yè)資源，使企業(yè)運行控制、數據資源服務、監(jiān)控和管理有效的統(tǒng)一起來，并具備易于維護、方便調整和靈活配置的特點。
3.2 iFIX技術優(yōu)勢
考慮到整個集中監(jiān)控系統(tǒng)的可集成性、可擴展性和通用性的設計原則，綜合分析比較了國際上流行的幾大HMI/SCADA軟件平臺，我們提出了使用iFIX監(jiān)控軟件建立集中監(jiān)控系統(tǒng)來構建網絡協(xié)同集成子系統(tǒng)，專門用來進行車間級各異構系統(tǒng)的信息集成。
iFIX是基于Windows平臺上的功能強大的自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案，具有以下幾個特點。
□ 開放性
iFIX集成微軟的VBA(Visual Basic for Applications)在自己開發(fā)環(huán)境中。用戶在VBA環(huán)境中編寫程序，可以使用DDE，ActiveX控件，ODBC，COM／DCOM 等技術使得自動化軟件演變成開放的軟件平臺，在軟件功能不能滿足用戶特殊需要時，用戶可以根據自己的需要進行二次開發(fā)。
□ 分布式網絡結構
iFIX提供真正的分布式、客戶/服務器結構，為系統(tǒng)提供最大的可擴展性。 iFIX分布式、客戶/服務器結構包括了可靈活構造的服務器 (SCADA Server) 和客戶端 (iCIient、iCIientTS和iWebServer)。iFIX網絡中數據的讀取都通過標識SCADA Server節(jié)點名、數據點名及數據域（如CV表示當前值）來識別。iFIX不但可以滿足當前系統(tǒng)應用的需要，還可以在將來需要的時候隨時方便地擴展系統(tǒng)規(guī)模。
□ 強大的冗余功能
iFIX提供了強大而靈活的多重冗余功能，保證系統(tǒng)的不間斷監(jiān)控，包括備份SCADA服務器、LAN冗余以及利用網絡狀態(tài)服務器和iFIX診斷顯示程序監(jiān)視、控制網絡運行狀態(tài)。此外，在主服務器和備用服務器同時啟動、運行時，iFIX實現(xiàn)報警同步，避免對同一報警的重復響應。
□ iWebServer
使用iWebServer將iFIX畫面轉換成HTML文件，并通過Web服務器發(fā)布。客戶端使用標準Web瀏覽器就能看到SCADA Server上實時動態(tài)數據。
□ 豐富的數據存取接口方式
iFIX基于多種工業(yè)標準之上，提供了前所未有的系統(tǒng)易用性和擴展性，極大地方便了系統(tǒng)集成。GE 作為制定 OPC 標準的公司成員之一，全面支持OPC標準。iFIX既可以作為OPC服務器，也可以作為OPC客戶端。開發(fā)人員可以從任何一個OPC服務器直接獲取動態(tài)數據，并集成到iFIX 工作臺內。
iFIX支持XML格式的文檔，可以把XML格式的文檔數據集成到iFIX工作臺內。
iFIX全面支持ODBC API接口，可直接把實時數據寫入一個或多個關系數據庫。iFIX的VBA項目中提供了各種iFIX對象，利用這些對象，就可以方便地在VBA中實現(xiàn)對iFIX的控制功能；在VBA 中，通常采用ADO對象模型來訪問這些歷史數據庫。
如此多的數據接口方式也使得iFIX集中監(jiān)控系統(tǒng)可以作為青島卷煙廠制絲車間的生產數據中心，為煙廠將來功能的擴展提供服務。
3.3解決方案
3.3.1. 與MES系統(tǒng)信息集成
與MES系統(tǒng)的信息集成可以采用OPC方式和消息件方式來進行。
□ OPC方式
青島集中監(jiān)控系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的集成通過制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)的I/O SERVER 進行信息交互，采用OPC通訊協(xié)議。在集中監(jiān)控系統(tǒng)的I/O 服務器 及MES 的HISTORIAN 中分別開辟兩個一致的緩存區(qū)用于系統(tǒng)間通訊。MES 與集中監(jiān)控系統(tǒng)中控通過緩存區(qū)通訊的示意圖。如圖3所示，
MES 系統(tǒng)通過OPC 下達子工單信息、工藝參數到緩存區(qū)，混絲中控通過緩存區(qū)獲取上述信息，并完成制絲生產。當生產完成后，通過緩存區(qū)中另一數據結構將子工單結束信息上傳到MES中。為了防止數據共享沖突，MES與緩存區(qū)之間的數據通訊采用約定好的通訊控制機制。根據緩存區(qū)標志位，當緩存區(qū)子工單還未啟動執(zhí)行時， MES系統(tǒng)可根據需要修改緩存區(qū)中還未被制絲管控系統(tǒng)執(zhí)行的子工單，修改包括刪除及更改。與MES系統(tǒng)通訊交互的集成畫面如下：通過OPC方式，MES系統(tǒng)把工單發(fā)布到IO服務器上，集中監(jiān)控系統(tǒng)通過采集IO服務器上的數據讀取工單任務信息，開始組織生產。
工單申請實例：（OPC方式申請工單如圖4所示）
按照MES的工單組織生產完成之后，需要把數據回寫給MES系統(tǒng)，同樣通過OPC的方式，在批次的生產結束之后，把MES需要的數據寫到MES的服務器上。
□ 消息中間件
MES 與集中監(jiān)控系統(tǒng)也能通過Simens的DIS消息中間件進行數據交互。在中控管理機上安裝DIS程序，使中控管理機作為一個DIS Client與MES 的DIS Server保持連接。通過DIS方式進行消息傳遞。MES 與中控系統(tǒng)通過DIS方式通訊的示意圖如圖5所示。
MES 系統(tǒng)通過DIS方式 下達工單信息、工藝
