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1 前言
許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監控系統設計于2000年，并于2001年12月投入使用，是當時先進的制絲工藝的代表。然而隨著煙廠的擴大、技術的發展及新的工藝標準的推廣，原系統已無法滿足實際的生產要求，限制了煙廠的生產發展。
1.1原網絡結構存在的問題
由于原系統網絡采用C/S結構，且當時技術上的限制，系統中存在數據量集中，系統負荷不均勻等特點。
1.2原監控系統介紹
原設計的監控系統是由IFIX 2.6開發的，其組成部分是：① 4臺集中監控機，分別為：葉片線、葉絲線、摻配加香線和梗絲線；② 11臺段控機分別為：葉片段、葉絲一線、葉絲二線、摻配加香線、一樓送絲線、二樓送絲線、HXD線、梗預處理、梗絲一線、梗絲二線和香料廚房；③ 2臺I/O服務器IOSVR1和IOSVR2組成。其中，I/O服務器與PLC建立連接，并組成主備份節點，其他除HXD外的監控機通過遠程訪問I/O服務器建立起與PLC的連接，HXD是葉絲二線的烘絲段，它是作為SCADA，自己連接PLC，葉絲二線或其他需要訪問 HXD數據的客戶端是通過遠程訪問該節點來顯示和控制HXD數據的。其結構如圖1所示。該C/S結構模式使冗余I/O服務器成為整個系統的一個瓶頸。
圖1：改造前中控系統
為了解決該系統現存問題，并且能夠將現代企業生產管理思想、理念引入企業生產管理，對企業生產管理流程進行重組和優化，促進企業生產管理水平的提高，實現工廠生產的“數字化”，提高企業的市場競爭力。許昌卷煙廠“九五”制絲線中控監控系統改造項目對我方提出了具體的要求。
2 系統總體設計
2.1 總體結構設計思想
由于現在是所有的監控機和上位管理系統都通過IO服務器進行數采，這樣不僅增加IO服務器的負擔，同時當服務器出現故障時，監控系統將不能再正常工作，直接影響車間的正常生產，改進后的系統結構為每個監控機單獨與PLC直接通訊，同時準備兩臺個備用機，備用機上有各個監控系統的備份，當某臺或者幾臺監控機出現故障時，啟用備份機上的監控系統來進行組織生產，而IO服務器主要用來為上位機管理系統提供數采服務。
2.2 功能設計
中控監控系統要具備生產管理、過程監視、數據管理、系統管理、監控發布等功能，其具體功能 要求如下圖所示。其中具有黃色背景的功能只有中控室監控機需要具備。
圖2：監控系統功能要求細則
3 項目具體實施
3.1 監控軟件的選擇
監控軟件仍使用GE 的Proficy iFix軟件，I/O 驅動器由原來的S_7升級到SI7。只是將軟件版本由原來的iFix 2.6中文版升級到iFix 4.5中文版。仍采用IFIX軟件主要是基于三點考慮：
3.1.1 信息的可移植性
由于本次電控方面只是小部分改造，原系統的大部分設備信息和操作方式并未作出修改，因此圖形界面開發時可以重用原系統中未作出修改的部分，原系統數據塊也可導出來，直接導入到新的系統中，這樣就大大減少了開發初期的工作量。
3.1.2 結構的靈活性
使用IFIX軟件，可以方便的配置冗余節點，只需要對iFix的SCU作出配置，系統搭建后，也可以通過修改SCU的相應配置來改變系統結構。
3.1.3 功能強大
IFIX中具有數據庫管理器、閥值表、標簽組、歷史數據配置和VBA編程等工具，為界面開發提供了很好的幫助。
數據庫管理器。數據庫管理器可以查看本地或遠程節點內已經建立好的所有數據塊信息，這些數據塊以行為單位顯示出來，方便用戶對標簽進行排序，查詢，添加刪除等操作，而且數據塊可以在本地和遠程節點數據庫之間進行復制和粘貼操作。數據庫還具有導入導出功能，導出后的數據庫存為CSV文件，可以以EXCEL的方式打開，便于批量創建、修改或刪除數據塊信息。
閥值表。閥值表可以在不同屬性之間建立起對應關系。比如可以將INT型數據與顏色之間建立對應關系。畫面上的元素，可以在動畫配置里調用閥值表，將數據源的值與顏色對應起來。利用閥值表利于維護，當需要修改對應關系時，只要修改閥值表即可。
標簽組。標簽組可以建立符號和真實標簽的對應，其功能類似于閥值表。通過建立標簽組，就可以利用過一個畫面來完成多個類似過程的控制。比如貯柜信息的顯示等。利用標簽組可簡化工程項目，增加工程的靈活性，便于后期維護。
歷史數據配置。iFix軟件具有專門的歷史數據配置工具，不僅可以定義本地節點所需采集的數據，也可以定義遠程節點的數據。分組配置歷史數據的思想便于用戶對不同的數據配置具有針對性的采集模式。
VBA后臺編程。iFix內嵌VBA后臺，可充分擴展iFix的功能。開發人員可以像在VB中編程一樣，在IFIX中添加窗體或調試自定義腳本來完成一些復雜操作。iFix不僅自帶很多控件，也可通過安裝VB組件來加載VB中的控件。
3.2 監控系統結構搭建
為了減輕I/O服務器的負擔，同時實現管理數據采集和控制的分開，對監控系統的結構做出了這樣的搭建方案：
中控室的四臺監控機、兩臺備份機和I/O服務器均為SCADA端，可獨立訪問PLC。其中，服務器不具備監控功能。服務器與中控室的各個監控機分別組成主備節點，為現場工作站提供數據服務。HXD不做出改造。
表1-1為服務器及各個監控機的信息。
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監控機 |
計算機名 |
節點名 |
邏輯節點名 |
IP地址（30） |
IP地址（9） |
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服務器 |
|
服務器 |
XCZS-IOFIXSVR |
DC |
NYP |
192.168.30.240 |
192.168.9.145 |
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中控室 |
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葉片段 |
ZK602-NEW |
ZK602_N |
NYP |
192.168.30.130 |
192.168.9.130 |
|
葉絲段 |
ZK603-NEW |
ZK603_N |
NYP |
192.168.30.131 |
192.168.9.131 |
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混絲段 |
ZK6711-NEW |
ZK6711_N |
NYP |
192.168.30.133 |
192.168.9.133 |
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梗絲段 |
ZK6056-NEW |
ZK6056_N |
NYP |
192.168.30.132 |
192.168.9.132 |
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備份機1 |
ZKBC1-NEW |
ZKBC1 |
NYP |
192.168.30.134 |
192.168.9.134 |
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備份機2 |
ZKBC2-NEW |
ZKBC2 |
NYP |
192.168.30.135 |
192.168.9.135 |
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現場站 |
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葉片加料 |
YZ602_N |
YZ602_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.110 |
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葉絲一線 |
YZ603_N |
YZ603_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.111 |
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葉絲二線 |
YZ6031_N |
YZ6031_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.112 |
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梗預處理 |
YZ605_N |
YZ605_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.113 |
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梗絲一線 |
YZ606_N |
YZ606_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.114 |
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梗絲二線 |
YZ6061_N |
YZ6061_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.115 |
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混絲加香 |
YZ607_N |
YZ607_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.118 |
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一樓送絲 |
YZ611_N |
YZ611_N |
NYP |
-------- |
192.168.9.117 |
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二樓送絲 |
YZ611_1 |
YZ611_1 |
NYP |
-------- |
192.168.9.121 |
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除塵 |
CC |
CC |
NYP |
--------- |
192.168.9.122 |
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香料房 |
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香料廚房 |
YZ619_N |
YZ619_N |
---------- |
-------- |
192.168.9.120 |
表1-1
圖3為監控系統結構設計圖。
圖 3：監控系統結構設計圖
如圖中所示，I/O服務器和葉片SCADA組成主備節點，為現場葉片段提供數據服務；I/O服務器和葉絲SCADA組成主備節點，為現場葉絲一線和葉絲二線提供數據服務；I/O服務器和混絲SCADA組成主備節點，為現場摻配加香段、一樓送絲和二樓送絲提供數據服務；I/O服務器和梗絲SCADA組成主備節點，為現場梗預處理段、梗絲一線和梗絲二線提供數據服務；香料廚房和除塵只訪問I/O服務器。
3.3 主要功能的實現
3.3.1 過程監視
 集中監視
在集中監視畫面上，按生產流程將主設備、輔連設備和各測控點畫出，顯示主設備像滾筒回潮機、加料機、烘絲機和流冷機等的運行狀態及其相關參數。為貯柜滑架及布料車配置了動畫顯示效果。對于每一段都有一個全線所有電機信息圖。圖4為葉片線的集中控制畫面。
圖 4 葉片線集中監控畫面
單機設備信息
為主要設備，像回潮筒、加料機、烘絲機等設備開發了單機設備圖，在圖中有該設備的詳細信息、動畫效果及管路圖，用來反映主要單機設備的運行狀況、設備參數和工藝參數等。
貯柜信息
貯柜信息主要顯示煙牌信息、貯柜進出料量、電機運行狀況，布料車運行方向等。
網絡故障診斷
將相應生產線上的所有連網設備在畫面上表示出來，為其配置動畫效果來表示設備是否掉線，方便故障查詢。
3.3.2 生產控制
讀取生產計劃及下發參數
為每臺監控機安裝Oracle 10.0g的客戶端，且安裝VB組件。配置數據庫客戶端，使其與服務端相連。建立生產控制畫面，如圖5所示。
圖 5：葉絲線生產控制
畫面中，利用分層顯示將三個生產單元的信息集中在一起。生產計劃用MsFlexGrid控件來顯示。生產中的計劃背景為綠色，準備生產的計劃背景為白色。當點擊某條計劃時，其背景顏色更改為藍紫色，并且在下面的配方參數和啟動參數列表中顯示相應的參數信息。配方參數和啟動參數信息顯示在DataGrid控件中。讀取計劃、下發配方參數、下發啟動參數、生產開始、生產結束這些功能都是通過VBA編程來實現的。
控制生產
控制生產即，可以完成設備的啟動和運行。點擊圖5中的組合啟動和停止可以啟動和停止相應生產段的設備。
3.3.3轉柜信息記錄
轉柜信息記錄是專為混絲段增加的一個功能，這是因為只有混絲段可以進行貯柜之間轉柜操作，由于這些操作比較頻繁，且隨各種條件影響比較大，不適合做生產計劃。由于無法調用計劃，使得轉柜后目的柜沒有批次信息，影響操作。
為了解決轉柜時的這些缺點，并且記錄下這些轉柜信息，在混絲一線和混絲二線處新增了一個是否是直接轉柜信號和直接轉柜啟動按鈕。當用戶選擇直接轉柜信號時原有組合啟動按鈕不可用，否則直接轉柜按鈕不可用。直接轉柜時，記錄源柜的號碼、批次、煙牌等信息及目的柜號到數據庫，并將源柜批次等信息寫入目的柜相應地址。
圖6：混絲線組合啟動
3.3.4 系統管理
安全管理及操作信息記錄
啟用安全配置，并在SCU用戶管理中添加一個名為user1的用戶，設置其為超級用戶，在自動登錄節點中選擇該iFix的本地節點，并以GUEST用戶登陸。設置啟動畫面，并以運行模式登陸。
圖7：歡迎畫面
上圖的用戶登陸窗口是在VBA中創建的。在登陸窗口中，操作工輸入用戶名（其用戶和密碼是在MES系統中的用戶管理中設置的），當輸入結束后，程序會去查詢數據庫中是否有此用戶，如果沒有，則會報錯。如果此時與數據庫連接不上，則會彈出允許本地登錄的窗口，從而避免了因無法與數據庫連接而無法進行生產操作。輸入用戶名和密碼，點擊確定，后臺程序會將用戶信息與數據庫中的信息進行比對，從而檢驗是否是有效用戶。成功登錄時，程序會將該操作員的信息及登錄時間寫入數據庫中。在該用戶系統退出時，程序會將該操作工退出系統的時間更新到數據庫中。下圖即為退出系統窗口，也是在VBA中自定義的窗體。
圖8：退出系統窗體
4 總結
改造后的監控系統，在結構方面，分散了網絡中的數據擁擠現象；消除了由服務器帶來的瓶頸效應；降低了由于某臺機器，尤其是服務器的意外故障而帶來的無法正常生產的風險性；實現了數據采集和控制的分開。
在生產監控方面，操作工的信息需要在MES系統進行維護，實現了管理系統和監控系統的有機結合；為每個生產單元都設置一套對應的控制界面，其計劃列表里不同生產狀態的計劃背景顏色不同，便于操作工區分，點擊生產開始按鈕時彈出的提示框增加了圖片提醒，不僅醒目，也十分美觀，大大增加了下發批次時的無誤性，提高了生產效率；操作工啟動設備時，會彈出確認窗口，增加了保險機制。
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