1 前言

　　许昌卷烟厂“九五”制丝线中控监控系统设计于2000年，并于2001年12月投入使用，是当时先进的制丝工艺的代表。然而随着烟厂的扩大、技术的发展及新的工艺标准的推广，原系统已无法满足实际的生产要求，限制了烟厂的生产发展。

　　1.1原网络结构存在的问题　

　　由于原系统网络采用C/S结构，且当时技术上的限制，系统中存在数据量集中，系统负荷不均匀等特点。

　　1.2原监控系统介绍

　　原设计的监控系统是由IFIX 2.6开发的，其组成部分是：① 4台集中监控机，分别为：叶片线、叶丝线、掺配加香线和梗丝线；② 11台段控机分别为：叶片段、叶丝一线、叶丝二线、掺配加香线、一楼送丝线、二楼送丝线、HXD线、梗预处理、梗丝一线、梗丝二线和香料厨房；③ 2台I/O服务器IOSVR1和IOSVR2组成。其中，I/O服务器与PLC建立连接，并组成主备份节点，其他除HXD外的监控机通过远程访问I/O服务器建立起与PLC的连接，HXD是叶丝二线的烘丝段，它是作为SCADA，自己连接PLC，叶丝二线或其他需要访问 HXD数据的客户端是通过远程访问该节点来显示和控制HXD数据的。其结构如图1所示。该C/S结构模式使冗余I/O服务器成为整个系统的一个瓶颈。

图1：改造前中控系统

　　为了解决该系统现存问题，并且能够将现代企业生产管理思想、理念引入企业生产管理，对企业生产管理流程进行重组和优化，促进企业生产管理水平的提高，实现工厂生产的“数字化”，提高企业的市场竞争力。许昌卷烟厂“九五”制丝线中控监控系统改造项目对我方提出了具体的要求。

　　2 系统总体设计

　　2.1 总体结构设计思想

　　由于现在是所有的监控机和上位管理系统都通过IO服务器进行数采，这样不仅增加IO服务器的负担，同时当服务器出现故障时，监控系统将不能再正常工作，直接影响车间的正常生产，改进后的系统结构为每个监控机单独与PLC直接通讯，同时准备两台个备用机，备用机上有各个监控系统的备份，当某台或者几台监控机出现故障时，启用备份机上的监控系统来进行组织生产，而IO服务器主要用来为上位机管理系统提供数采服务。

　　2.2 功能设计

　　中控监控系统要具备生产管理、过程监视、数据管理、系统管理、监控发布等功能，其具体功能 要求如下图所示。其中具有黄色背景的功能只有中控室监控机需要具备。

图2：监控系统功能要求细则

　　3 项目具体实施

    3.1 监控软件的选择

　　监控软件仍使用GE 的Proficy iFix软件，I/O 驱动器由原来的S_7升级到SI7。只是将软件版本由原来的iFix 2.6中文版升级到iFix 4.5中文版。仍采用IFIX软件主要是基于三点考虑：

　　3.1.1 信息的可移植性

　　由于本次电控方面只是小部分改造，原系统的大部分设备信息和操作方式并未作出修改，因此图形界面开发时可以重用原系统中未作出修改的部分，原系统数据块也可导出来，直接导入到新的系统中，这样就大大减少了开发初期的工作量。

　　3.1.2 结构的灵活性

　　使用IFIX软件，可以方便的配置冗余节点，只需要对iFix的SCU作出配置，系统搭建后，也可以通过修改SCU的相应配置来改变系统结构。

　　3.1.3 功能强大

　　IFIX中具有数据库管理器、阀值表、标签组、历史数据配置和VBA编程等工具，为界面开发提供了很好的帮助。

　　数据库管理器。数据库管理器可以查看本地或远程节点内已经建立好的所有数据块信息，这些数据块以行为单位显示出来，方便用户对标签进行排序，查询，添加删除等操作，而且数据块可以在本地和远程节点数据库之间进行复制和粘贴操作。数据库还具有导入导出功能，导出后的数据库存为CSV文件，可以以EXCEL的方式打开，便于批量创建、修改或删除数据块信息。

　　阀值表。阀值表可以在不同属性之间建立起对应关系。比如可以将INT型数据与颜色之间建立对应关系。画面上的元素，可以在动画配置里调用阀值表，将数据源的值与颜色对应起来。利用阀值表利于维护，当需要修改对应关系时，只要修改阀值表即可。

　　标签组。标签组可以建立符号和真实标签的对应，其功能类似于阀值表。通过建立标签组，就可以利用过一个画面来完成多个类似过程的控制。比如贮柜信息的显示等。利用标签组可简化工程项目，增加工程的灵活性，便于后期维护。

　　历史数据配置。iFix软件具有专门的历史数据配置工具，不仅可以定义本地节点所需采集的数据，也可以定义远程节点的数据。分组配置历史数据的思想便于用户对不同的数据配置具有针对性的采集模式。

　　VBA后台编程。iFix内嵌VBA后台，可充分扩展iFix的功能。开发人员可以像在VB中编程一样，在IFIX中添加窗体或调试自定义脚本来完成一些复杂操作。iFix不仅自带很多控件，也可通过安装VB组件来加载VB中的控件。

　　3.2 监控系统结构搭建

　　为了减轻I/O服务器的负担，同时实现管理数据采集和控制的分开，对监控系统的结构做出了这样的搭建方案：

　　中控室的四台监控机、两台备份机和I/O服务器均为SCADA端，可独立访问PLC。其中，服务器不具备监控功能。服务器与中控室的各个监控机分别组成主备节点，为现场工作站提供数据服务。HXD不做出改造。

　　表1-1为服务器及各个监控机的信息。 

表1-1

　　图3为监控系统结构设计图。

图 3：监控系统结构设计图

　　如图中所示，I/O服务器和叶片SCADA组成主备节点，为现场叶片段提供数据服务；I/O服务器和叶丝SCADA组成主备节点，为现场叶丝一线和叶丝二线提供数据服务；I/O服务器和混丝SCADA组成主备节点，为现场掺配加香段、一楼送丝和二楼送丝提供数据服务；I/O服务器和梗丝SCADA组成主备节点，为现场梗预处理段、梗丝一线和梗丝二线提供数据服务；香料厨房和除尘只访问I/O服务器。

　　3.3 主要功能的实现

    3.3.1 过程监视

·

　　在集中监视画面上，按生产流程将主设备、辅连设备和各测控点画出，显示主设备像滚筒回潮机、加料机、烘丝机和流冷机等的运行状态及其相关参数。为贮柜滑架及布料车配置了动画显示效果。对于每一段都有一个全线所有电机信息图。图4为叶片线的集中控制画面。

图 4 叶片线集中监控画面

　　·单机设备信息

　　为主要设备，像回潮筒、加料机、烘丝机等设备开发了单机设备图，在图中有该设备的详细信息、动画效果及管路图，用来反映主要单机设备的运行状况、设备参数和工艺参数等。

　　·贮柜信息

　　贮柜信息主要显示烟牌信息、贮柜进出料量、电机运行状况，布料车运行方向等。

　　·网络故障诊断

　　将相应生产线上的所有连网设备在画面上表示出来，为其配置动画效果来表示设备是否掉线，方便故障查询。

　　  3.3.2 生产控制

　　·读取生产计划及下发参数

　　为每台监控机安装Oracle 10.0g的客户端，且安装VB组件。配置数据库客户端，使其与服务端相连。建立生产控制画面，如图5所示。

图 5：叶丝线生产控制

　　画面中，利用分层显示将三个生产单元的信息集中在一起。生产计划用MsFlexGrid控件来显示。生产中的计划背景为绿色，准备生产的计划背景为白色。当点击某条计划时，其背景颜色更改为蓝紫色，并且在下面的配方参数和启动参数列表中显示相应的参数信息。配方参数和启动参数信息显示在DataGrid控件中。读取计划、下发配方参数、下发启动参数、生产开始、生产结束这些功能都是通过VBA编程来实现的。

　　·控制生产

　　控制生产即，可以完成设备的启动和运行。点击图5中的组合启动和停止可以启动和停止相应生产段的设备。

　　3.3.3转柜信息记录

　　转柜信息记录是专为混丝段增加的一个功能，这是因为只有混丝段可以进行贮柜之间转柜操作，由于这些操作比较频繁，且随各种条件影响比较大，不适合做生产计划。由于无法调用计划，使得转柜后目的柜没有批次信息，影响操作。

　　为了解决转柜时的这些缺点，并且记录下这些转柜信息，在混丝一线和混丝二线处新增了一个是否是直接转柜信号和直接转柜启动按钮。当用户选择直接转柜信号时原有组合启动按钮不可用，否则直接转柜按钮不可用。直接转柜时，记录源柜的号码、批次、烟牌等信息及目的柜号到数据库，并将源柜批次等信息写入目的柜相应地址。

　　图6：混丝线组合启动

　　3.3.4 系统管理

　　·安全管理及操作信息记录

　　启用安全配置，并在SCU用户管理中添加一个名为user1的用户，设置其为超级用户，在自动登录节点中选择该iFix的本地节点，并以GUEST用户登陆。设置启动画面，并以运行模式登陆。

图7：欢迎画面

　　上图的用户登陆窗口是在VBA中创建的。在登陆窗口中，操作工输入用户名（其用户和密码是在MES系统中的用户管理中设置的），当输入结束后，程序会去查询数据库中是否有此用户，如果没有，则会报错。如果此时与数据库连接不上，则会弹出允许本地登录的窗口，从而避免了因无法与数据库连接而无法进行生产操作。输入用户名和密码，点击确定，后台程序会将用户信息与数据库中的信息进行比对，从而检验是否是有效用户。成功登录时，程序会将该操作员的信息及登录时间写入数据库中。在该用户系统退出时，程序会将该操作工退出系统的时间更新到数据库中。下图即为退出系统窗口，也是在VBA中自定义的窗体。

图8：退出系统窗体

　　4 总结

　　改造后的监控系统，在结构方面，分散了网络中的数据拥挤现象；消除了由服务器带来的瓶颈效应；降低了由于某台机器，尤其是服务器的意外故障而带来的无法正常生产的风险性；实现了数据采集和控制的分开。

　　在生产监控方面，操作工的信息需要在MES系统进行维护，实现了管理系统和监控系统的有机结合；为每个生产单元都设置一套对应的控制界面，其计划列表里不同生产状态的计划背景颜色不同，便于操作工区分，点击生产开始按钮时弹出的提示框增加了图片提醒，不仅醒目，也十分美观，大大增加了下发批次时的无误性，提高了生产效率；操作工启动设备时，会弹出确认窗口，增加了保险机制。