摘 要：本文采用FMCS系統來滿足天津CTS工業廠房的集成需求，主要從PLC控制、DCS系統和OPC 技術等方面進行了闡述。 Abstract:This article introduces the application of FMCS system in the CTS industry workshop in Tientsin mainly from three aspects: PLC control、DCS system and OPC technique. 關鍵詞：系統集成;PLC;DCS;OPC Key words:The system is integrated ;PLC ; DCS;OPC 1 引言 　　FMCS系統是一個采用分層的分布式結構的監控系統，總體上講分為四層結構，最底層為現場設備層，包括各類傳感器、探測器、儀表和執行機構等設備;第二層為現場總線控制層，主要完成現場控制器，PLC等設備對底層設備的數據采集，下發控制命令，多采用MODBUS，PROFIBUS，RS-485 以及LONWORKS等總線協議，具有實時性要求;第三層為子系統監控操作層，主要完成各子系統的監視和操作,HMI人機界面，現場數據的提取，并作為集成系統的OPC Server數據源，是確保各子系統獨立運行的基礎;最上層為監視和管理中心，負責整個系統協調運行和綜合管理，采用和遵循標準的以太網好人和TCP/IP協議，以通用數據庫為基礎，通過ODBC（開放式數據庫互聯驅動）標準接口，SQL結構化查詢語言進行數據提取和交換。 2 集成需求 　　天津CTS是一座具有現代化智能型工業廠房。目前所涉及到的自系統包括EMS能源管理系統、FA火災報警及消防系統、DCS分布式集散系統、CNS計算機網絡（Intranet ）系統、OS辦公自動化信息系統等子系統。根據業主和智能化廠房的要求，同時兼顧未來的發展趨勢，擬對上述自系統在工廠級局域網（TCP/IP以太網）上進行系統集成為FMCS。用戶不僅可以在局域網上瀏覽和操作FMCS系統的數據，還可以借助于國際互聯網Internet，在任何地點，任何時間查看、瀏覽和操作FMCS系統。 　　FMCS的各子系統都具有獨立的硬件和豐富的軟件功能，在實現底層物理連接和標準的通信協議之后，由軟件功能實現信息共享和交換是系統集成的關鍵內容。各子系統與FMCS的信息數據流如下： 　　l EMS與FMCS數據流 　　A. 接受FMCS的控制指令：如預制空調控制模式及參數設定，火警聯動控制，廠房環境控制設備的啟停。 [align=center] 圖1 FMCS系統組成及信息流示意[/align] 　　B.向FMCS發送數據：系統運行過程參數和歷史數據，系統大型設備運行累計報表，各種報警及報表，現場控制器運行狀態等。 　　l FA與FMCS數據流 　　向FMCS發送數據：各防區探測設備狀態和各控制主機運行的累計報表，報警及與其它子系統報警信息。 　　l DCS與FMCS數據流 　　A.FMCS的控制指令：預制生產過程控制系統的控制模式，控制參數及報警參數設定，報表預制。 　　B.FMCS發送數據：實時過程數據，歷史數據，報警數據，設備運行設備運行狀態。 3 FMCS集成方案 　　3.1 系統硬件集成 　　由于類屬于EMS的HVAC系統包含有兩個部分，其一 為舒適型空氣調節系統，此多為工廠非生產區的環境控制，如辦公樓，寫字間等，相對控制工藝簡單，采用SIEMENS樓宇科技的APPOGE 600 系統即可勝任。其二為生產區潔凈系統，工藝要求復雜，控制精度要求較高，該系統控制品質的優良直接影響企業生產的質量，所以選用SIEMENS S7—300型PLC作為主控制器，PLC系統與樓控系統的集成通過網關，在相對底層進行集成，這樣的集成保證了HVAC系統的完整性，可作為獨立子系統單獨運行。另外同屬于EMS的電梯控制系統和動力配電系統也是通過網關在底層進行集成. HVAC系統主機上運行的是WINDOWS NT平臺上的Insight軟件,它是SIEMENS樓宇科技多任務環境功能強大的軟件包.除具備所有完整的HVAC控制策略外,它還是一個理想的OPC Server. 　　FA火災報警及消防系統屬于第三方提供的子系統，國家對該系統的施工,方案組織和實施都有相應嚴格的規定.對FA系統集成的原則上在局域網上通過OPC Server技術實現，一般情況下，FA主機上運行的系統軟件都能提供COM/DCOM的接口組件。也有部分廠家的產品不具備上述軟件接口協議，而僅提供基于RS-232或RS-485的通用或專用協議,在這種情況下,就需要自行開發基于網絡應用的ActiveX控件或OPC Server,使FA系統在工廠局域網上開放并能夠共享其系統的數據。 [align=center] 圖2 FMCS系統集成示意圖[/align] 　　DCS系統也屬于第三方提供的系統,目前傾向采用的方案是以PLC作為現場工藝流程控制的基控制器,并通過網絡將分布的各控制器集中起來,從而實現DCS分散控制,集中管理的功能.由于所采用的PLC的不同,其聯網方式也會有所不同.目前大多數PLC產品都支持以太網Ethernet的組網方式,用以太網組網,可以充分利用工廠企業網Intranet信息點資源,利用企業結構化綜合布線的基礎,可十分方便地縱向集成DCS系統.DCS操作軟件采用Intellution公司iFIX軟件,該軟件不僅具備豐富和優良的HMI界面,而且可直接驅動著名企業的數百種控制器或I/O設備,其自身既可以作為一個OPC Server,也可作為OPC Client,并且全面支持ODBC API接口,可直接把實時數據寫入一個或多個關系型數據庫,也可從關系型數據庫回寫數據到iFIX實時數據庫中.為系統集成奠定了技術基礎,是目前工業控制領域中首選的軟件產品. 　　FMCS主機在宏觀上講,是所有各子系統OPC Server的客戶端,完成低端的接口驅動,并通過ODBC接口,向FMCS主服務器構建共享的大型數據倉庫. 　　FMCS主服務器實際上就是一個Microsoft SQL Server,該服務器的構建可視工廠企業網Intranet上數據庫服務器的具體情況而定,或合并,或分散,要以網絡數據負荷均衡,工作協調為原則. 　　整個FMCS客戶端的數據瀏覽采用基于WEB頁的瀏覽器/服務器,即B/S結構.隨著Internet愈來愈廣泛的應用,原來基于LAN的企業網開始采用Internet的技術來構建,即所謂的Intranet.于是這種B/S結構模式應運而生,并且獲得飛速發展,成為眾多廠家爭相采用的一種技術. 　　3.2系統軟件集成 　　系統集成的功能最終是由軟件實現的,而軟件技術的核心和基礎即是OPC Server,ActiveX,COM/DCOM;數據庫服務器軟件SQL Server或Oracle又是其密不可分的組成部分;DHTML,ASP以及VB或JAVA腳本語言等Web技術是其最終的表現手段. 　　OPC（OLE For Process Control）是與廠商無關的軟件數據交換標準接口和規程，由微軟倡導而成立,主要解決過程控制系統與其數據源的數據交換問題，可在各應用之間提供一種透明的數據訪問。可以說OPC是工業監控軟件的現場總線。其基本思想是：每個硬件廠商為其設備開發一個通用的數據接口（既OPC Server）,供其它系統讀寫信息，應用軟件也通過OPC規范的接口來讀寫硬件設備的信息（作為OPC Client）。通過OPC Server訪問過程數據，可以克服異構網絡和網絡協議之間的差異。采用OPC技術，可以完全解決FMCS集成子系統之間的互聯性和互操作性問題，構造真正開放、通用的FMCS系統。 　　將各個硬件設備驅動程序和通訊程序封裝成獨立的OPC數據，可以獨立運行或嵌入式運行，從而能夠最大限度挖掘硬件的潛力，提高驅動程序的性能。一方面，上層應用軟件可以不關心硬件的性能特點;另一方面，由于硬件程序和上層應用的相對獨立，硬件性能的變動不影響上層應用軟件的使用，使硬件可在遵循OPC數據接口協議的基礎上獨立升級，軟件開發商不必因硬件的特性改變或重寫驅動程序。 [align=center] 圖3 基于OPC應用的軟硬件結構[/align] 　　同時，因為硬件驅動的OPC服務器建立在上位機中，所以上層應用與OPC服務器之間的數據交換是應用程序間的數據交換關系,不需要包含各自的設備驅動程序，這可以避免多個設備驅動程序同時訪問可能引起的沖突。 　　此外，硬件驅動程序封裝成OPC服務器后，相對于底層與硬件設備間的軟件通訊協議是不可見的，使硬件廠商的技術得到有效的保護。使用OPC技術還可使控制系統模塊化，開放性和重用性大為提高。上層應用OPC數據客戶端，可以不包含任何通訊接口程序，不必關心低層硬件的實現，只需遵循OPC數據接口協議，就能夠從不同的硬件廠商提供的OPC數據服務器中取得數據，從而實現數據的靈活配置的多種系統的真正意義上的集成。 　　以上所述,我們會認為OPC主要解決了底層硬件設備的I/O驅動的問題,實際上,OPC技術規范還解決了大量的應用層之間的數據交換,如各子系統EMS,FA和DCS操作站軟件之間數據共享,使以上子系統從應用的角度看上去,更象一個智能化的"超級"設備.FMCS正是將EMS,FA和DCS系統當作這樣一個"超級"設備來進行集成的,如圖3 所示. 　　利用ActiveX技術也是一種系統集成的途徑,這對那些不提供OPC技術規范,而僅提供此類接口規范的設備和系統比較適用. ActiveX是OLE在Internet上的擴展, 它的出現使OLE技術得以進入Internet和Intranet. ActiveX的技術包括文檔,控件,COM/DCOM組件,超級鏈接,服務器擴展以及腳本語言等.ActiveX控件可以在非網絡應用中使用,還可以嵌入到基于Web頁的網絡應用中.通過在HTML文件中激活一個非HTML文件,可以訪問諸如WORD,EXCEL等文檔.服務器擴展使用DLL（動態鏈接庫）實現并提供某些Http服務器沒有提供的功能,如數據庫的鏈接等. 　　OPC Server和ActiveX技術同屬于OLE（對象鏈接和嵌入技術）技術,其基礎都是COM.COM（Component Object Model）為OLE規范了編程模型和二進制標準,定義并實現了軟部件機制,并將這種軟部件統稱為"對象",這種"對象"很像C++的類,也支持封裝,具有多態性和可重用性,它包含兩種成員,即屬性和方法.但是作為二進制象,COM關心的是與其他對象的接口,不關心如何與外部交互. COM不是一種編程語言,它是一種能使軟部件作為對象進行相互作用的二進制標準. DCOM是COM在網絡上的延伸和擴展. 4 結論 　　FMCS 系統信息集成應用模型的設計應完全企業內部網Intranet之上，通過Web服務器和瀏覽器技術來實現整個網絡上的信息交互、綜合與共享，實現統一的人機介面和跨平臺的數據庫訪問。因此可以真正做到局域網和遠程信息的時實監控，數據資源的綜合共享，以及全局事件快速的處理和一體化的科學管理。 參考文獻： 　　[1] 陸傳良 智能化建筑導論 中國建筑工業出版社 1996，6 　　[2] 刑建春，等 工業控制軟件互操作標準OPC綜述[J] 工業控制計算機 2001，1