摘 要：利用現場總線技術，推出基于現場總線技術的先進控制系統;討論了可視化監控通信網絡的方案選擇;介紹了基于現場總線的可視化監控冗余系統構成。 關鍵詞：現場總線; FCS; PLC; 可視化監控; 冗余 1 引言 　　計算機數字通信技術及信息技術的發展，推動了自動化技術的進步，特別是近十年來興起的現場總線技術（Fieldbus），它的發展促使了自動化系統結構發生重大變革。基于現場總線技術控制系統（Fieldbus Control System-FCS）的應用越來越普遍，并朝著智能化、網絡化以及監控管理一體化的方向發展。 　　計算機可視化監控在20世紀80年代就已在國外出現。由于技術和經濟等方面原因，我國直到90年代中后期才得到應用。功能由簡單到復雜;在監控范圍方面，從最初的單機到生產線乃至整個產業;從監控的網絡系統結構來看，由初期的一主一從發展到一主多從、多主多從;硬件由初期的封閉式的自行設計發展到采用開放的、規范的系統集成方案或商業產品。 　　在應用計算機可視化監控技術之前，通常使用專用的人工操作臺和生產工藝控制模擬屏，上面布置許多主令電器、指示燈及顯示儀表等，在模擬屏口還有相應的工藝流程，這種監控方式實質上是一種“硬件布線邏輯”，必將被新型監控方式取而代之。 2 可視化監控通信網絡方案 　　2.1 基于“簡單協議”的可視化監控通信網絡 　　這里所說的通信協議的“簡單”是相對OSI/RM模型而言，圖1中一臺IPC對一臺PLC[1]進行監控。在IPC一方，利用VB中的Mscomm控件完成對其串口的讀寫，VB程序Mscomm.setting=”9600,N,8,1”.這種通信能適應單主站——單從站的通信要求,能實現較為單一的功能,如果情況復雜則有較大局限性。例如當在RS485上增加PLC，所有PLC都是通信從站，IPC是主站，IPC的硬、軟件出現問題時監控就無法進行。 　　2.2 基于現場總線的可視化監控通信網絡 　　現場總線技術的通信協議是以OSI/RM模型為基礎，以開放互聯為目的。現場總線通過多層次的協議能改變諸如總線控制、沖突檢測、鏈路保護等問題。通信中可無“主，從”之分或多個主站存在，這樣就為冗余設置提供了基礎。因此只能采用基于現場總線的可視化監控通信網絡才能實現冗余設置。 　　可視化監控的冗余是建立在現場總線PROFIBUS基礎上，在總線訪問協議上PROFIBUS在數據全鏈路層采用了混合介質存取方式，為保證可視化監控系統可靠運行，形成監控冗余系統也應采用混合方式。 3 可視化監控冗余系統的構成 　　筆者以我校承擔的湖南金健米業股份有限公司的480噸精米生產自控控制系統項目討論可視化監控冗余系統的設計。 　　金健米業股分有限公司生產工藝流程圖如圖2所示。由圖2可知，除了初清、清理工段為公共工段外，主要生產工段由兩條生產線構成，該系統I/O信號的特點是：點多（接近2000點），分布廣。該系統控制特點是：工藝流程長、變化多、連鎖關系復雜多變、物流延時、批量與連續過程兼有等等。根據工藝控制任務和要求及控制系統的特點，構成現場總線控制系統（FCS）如圖3所示。 [align=center] [/align] 　　3.1 硬件方面 　　圖3中PLC1主要控制公共的初清、清理工段;PLC2、PLC3分別控制一、二線生產（分別有礱谷、碾米及整理包裝工段）。每個PLC又帶有若干個I/O遠程控制站。IPC1 為操作員站，主要負責監控;IPC2為工程師站，除了PLC編程、網絡配置、監控組態之外，也作為IPC1監控的備用。PLC采用德國西門子公司的S7-200型（CPU315-2DP）;IPC采用臺灣研華公司的工控機（P2型），配備19″顯示器和UPS、打印機等。 　　3.2 通信網絡及接口 　　通信網絡采用PROFUBUS現場總線，它是由SIEMENS公司等13家企業和5家科研機構聯合提出，目前已提到了廣泛應用。各PLC均通過西門子CP341[2]通信模塊與PROFIBUS現場總路線相連。IPC則通過西門子CP5412A通信適配卡相連。如圖4、5所示。 [align=center] [/align] 　　3.3 軟件 　　軟件采用西門子Wincc[3]可視化監控組態軟件。它基于32位Windows95/98/2000標準操作系統。它具有圖形設計器、報警處理器、報表編輯器、變量管理器等。 　　通過Wincc軟件,使精米生產的計算機可視化監控具有較強的功能。按照生產工藝分成10幅監控主畫面和若干生產數據報表畫面，各畫面可隨時可任意切換。操作者可在監控站上對工段選擇運行方式,當處于自動控制方式時，各工段自動啟停;處于手動方式時，可在監控站上對各設備直接進行人工操作。故障報警方面，在系統進行自動故障處理的同時，除了系統聲光報警、相應畫面相應圖案變色或閃爍外，還立即生成各成信息表。 　　可視化監控軟件冗余體現在可視化監控組態軟件Wincc的“冗余度“功能。這種功能使兩個并行的Wincc監控站同時運行，以保證監控的連續性。圖3中，如果IPC1發生故障，IPC2即可接替監控。當IPC1恢復運行時，在IPC1停止運行期間IPC2秘采集的全部數據都會自動自制到IPC1，從而再一次同時運行兩個Wincc監控站。 4 可視化監控冗余系統的特點 　　與傳統的控制方式相比，筆者認為至少有以下三方面的特點。 　　1）使生產的控制與管理過程可視化、科學化。計算機顯示屏上的圖形、圖象以及鍵盤、鼠標等都是人機信息交互的手段。 　　2）工能齊全。目全計算機可視化監控技術的最大特點是實時多任務，即：數據的采集與輸出、數據處理與算法實現、圖形顯示及人機對話、實時數據的存儲與檢索、實時通信等多個任務在同一臺計算機上同時進行。 　　3）運行可靠。大量開關、指示燈、儀表的操作臺和模擬屏被取代后，硬件及接線大大減少，顯著地降低了硬件故障引起監控異常的概率;此外若采用工業現場總線環境就允許設置多個監控主站，可形成冗余監控系統，監控主站之間可互為備用，這樣就有效地提高了運行的可靠性。 5 結束語 　　以PROFIBUS現場總線為基礎的可視化監控冗余系統目前已穩定運行兩年。運行實踐表明：設置冗余是提高可視化監控可靠性的一種有效方法，而采用現場總線則為設置冗余提供了基礎。 參考文獻: 　　[1] 西門子（中國）有限公司.SIMATICS7-200可編程控制器CPU22X系統手冊[Z]. 北京:西門子（中國）有限公司，2001. 　　[2] SIMENS，SIMATIC Manual,Point-to-point connection CP 341 instation and Parameter Assignment[M].SIMENS AG,1998. 　　[3] 西門子（中國）有限公司. Wincc V4.02組態手冊[Z].北京:西門子（中國）有限公司），2000.