余平
（江蘇創(chuàng)博工程技術(shù)有限公司 江蘇214072）
摘 要：貝加萊的可編程自動化控制器（PCC）與數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)具有全開放、易擴展、處理能力強和通訊功能強大等優(yōu)點。本文介紹了以其為主構(gòu)建的東海糧油食用油罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)，著重描述了該系統(tǒng)的硬件構(gòu)成、主干通訊網(wǎng)絡(luò)的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、實時數(shù)據(jù)庫軟件與標準OPC協(xié)議以及該系統(tǒng)的主要功能及其特點。
關(guān)鍵詞：食用油罐區(qū)；監(jiān)控管理系統(tǒng)；貝加萊可編程自動化控制器；實時數(shù)據(jù)庫軟件；OPC協(xié)議
中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B
0 引言
東海糧油工業(yè)（張家港）有限公司（以下簡稱東海糧油）是由兩家世界500強企業(yè)——中國糧油食品 (集團)有限公司、美國ADM公司與新加坡KENSPOT公司聯(lián)合，共同投資興建的大型企業(yè)。它是著名的“福臨門”系列食用油的主要生產(chǎn)基地之一，也是全球最大的綜合糧油食品加工基地之一。為了配合國家食用油戰(zhàn)略儲備計劃的實施，東海糧油在原有一、二號罐區(qū)的基礎(chǔ)上，新建了三號和四號罐區(qū)，并還將陸續(xù)增建其它罐區(qū)，形成龐大的食用油戰(zhàn)略儲備基地。所有新建罐區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)目前均采用貝加萊工業(yè)自動化提供的成熟產(chǎn)品——可編程自動化控制器PCC—2005系列作為其現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制站。
1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成
如圖1所示，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)包括兩層主干通訊網(wǎng)絡(luò)——上層的管理網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）和中層的控制網(wǎng)（高可靠性的冗余光纖環(huán)網(wǎng)）以及底層的現(xiàn)場總線。管理網(wǎng)與控制網(wǎng)通過光纖環(huán)網(wǎng)的光纖交換機和工業(yè)以太網(wǎng)的電氣交換機連接。若按功能劃分，則該系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集與控制級（I級）和監(jiān)視管理級（II級）。
I級系統(tǒng)以多臺貝加萊的PCC為核心，包括各現(xiàn)場PCC站、中控室監(jiān)控計算機和碼頭監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。各PCC均掛接于控制網(wǎng)（冗余光纖環(huán)網(wǎng)）上，它們與各自的遠程擴展裝置分別通過POWERLINK、PROFIBUS-DP和CAN等現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
II級系統(tǒng)則以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器為核心，包括兩臺工作站和多臺Web客戶機和局域網(wǎng)客戶機。它們均通過數(shù)據(jù)交換機接入工業(yè)以太網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。
1.2 主干通訊網(wǎng)絡(luò)的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)
整個罐區(qū)的通訊網(wǎng)絡(luò)采用基于TCP/IP協(xié)議以及Server/Client配置方式的分布式體系結(jié)構(gòu)，支持實時數(shù)據(jù)共享和分布式數(shù)據(jù)庫，易于擴展采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議構(gòu)建的通訊網(wǎng)絡(luò)平臺，并通過標準OPC協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器與各PCC之間的數(shù)據(jù)交換。同時控制器的各設(shè)備供應(yīng)商均提供以態(tài)網(wǎng)接口，能實現(xiàn)從底層到最上層的無縫連接和實時、高速的數(shù)據(jù)傳輸。
為了確保整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性，采取了以下措施：
（1）在主干通訊網(wǎng)絡(luò)上使用冗余的光纖和電氣交換機，確保了整個通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
（2）在數(shù)據(jù)交換技術(shù)上采用接點帶寬控制、圍欄技術(shù)和流量有序控制技術(shù)，使數(shù)據(jù)在傳輸過程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。
（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)采用冗余環(huán)行光纖回路，若發(fā)生任意一處光纖介質(zhì)的損壞，通訊路徑仍可以自動路由到其它通道，這樣就確保了整個數(shù)據(jù)通訊鏈路不會由于局部損傷而導(dǎo)致中斷。
1.3 實時數(shù)據(jù)庫軟件與標準OPC協(xié)議
在數(shù)據(jù)服務(wù)器中裝入實時數(shù)據(jù)庫軟件，通過標準的OPC協(xié)議采集貝加萊PCC的實時數(shù)據(jù)，以PCC作為OPC server，實時數(shù)據(jù)庫軟件作為OPC client。數(shù)據(jù)服務(wù)器將采集的數(shù)據(jù)直接以web 的形式提供給局域網(wǎng)上的各用戶，各客戶端能利用標準的IE瀏覽器進行數(shù)據(jù)瀏覽和分析等操作。實時數(shù)據(jù)庫用來存放原始數(shù)據(jù)和修正后的數(shù)據(jù)，來自該系統(tǒng)中各生產(chǎn)過程PCC分站的采集數(shù)據(jù)和手工錄入數(shù)據(jù)以及修正后的數(shù)據(jù)，均應(yīng)保存在實時數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)服務(wù)器軟件應(yīng)對各種來源、各種類型的數(shù)據(jù)進行合理組織，以標準化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲于實時數(shù)據(jù)庫中，既應(yīng)保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，也應(yīng)方便數(shù)據(jù)的查詢和應(yīng)用。
圖1 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
2監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能及其特點
食用油罐區(qū)進、銷、存數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理系統(tǒng)，是集成了網(wǎng)絡(luò)信息管理技術(shù)而設(shè)計開發(fā)的針對不同應(yīng)用場合的油品儲運計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，它通過信息的集成和網(wǎng)絡(luò)化管理實現(xiàn)了對油品進、銷、存的自動化監(jiān)控和管理。在整個自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，貝加萊PCC產(chǎn)品的許多功能和優(yōu)勢都得到很好的發(fā)揮。
2.1高精度實時測量模塊的應(yīng)用
罐內(nèi)油的工藝參數(shù)測量包括液位、溫度、壓力、密度、流量、凈油量等的實時數(shù)據(jù)和趨勢曲線。所有罐體均采用高精度激光雷達液位計進行測量液位，再根據(jù)罐容表、密度、壓力、溫度等參數(shù)計算出罐內(nèi)油的重量。由于雷達液位計的測量精度可達1mm，普通模擬量輸入模塊的精度不夠，所以選用了貝加萊的AI780高精度模塊，其分辨率可達16bit，而且該模塊的供電方式靈活，可節(jié)省硬件成本。
針對流量計檢測信號的特點，選用了貝加萊DI450高速計數(shù)模塊，準確地獲得了流量測量數(shù)據(jù)。
2.2 PCC的超大內(nèi)存容量和強大的計算功能
這是貝加萊PCC產(chǎn)品的優(yōu)勢所在。對于計算每個罐體內(nèi)油品的重量，過去常用的方法是通過PLC采集各相關(guān)參數(shù)，上位計算機再根據(jù)罐容表進行查詢，并利用相關(guān)公式進行計算。由于整個罐區(qū)內(nèi)共有數(shù)百個罐體，僅罐容表（數(shù)據(jù)）就有厚厚一打書，電腦查詢和計算一遍所需的時間很長，經(jīng)常造成計算機死機。該系統(tǒng)采用在PCC中開辟內(nèi)存，把罐容表中的各項數(shù)據(jù)直接寫入PCC的FIXROM中，根據(jù)實際檢測到的液位參數(shù)，使用動態(tài)指針直接查詢罐容表，再按照有關(guān)公式即可立即計算出油品重量，上位計算機只需實時顯示即可。整個過程可在毫秒級內(nèi)完成，這極大地減輕了上位計算機的計算任務(wù)，使整個監(jiān)控系統(tǒng)的實時性大大提高。
2.3 方便、靈活的I/O擴展方式
整個罐區(qū)（1#~4#）的PCC均采用了擴展I/O配置方式。如比較常用的遠程I/O擴展方式，以及貝加萊致力推廣的POWERLINK總線擴展方式。
（1）遠程I/O擴展方式：最大距離為1200m，擴展站的數(shù)目最多可達31個遠程從站，傳送速率在100k~2M Band之間，成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，通過屏蔽雙絞線即可連接。
（2）ETHERNET POWERLINK總線擴展方式 (采用B&R的快速以太網(wǎng)協(xié)議)，完全建立在標準快速以太網(wǎng)上，因此它完全符合標準以太網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)和物理特性。它的傳輸速率最高為100Mbps，使用帶RJ45插頭的標準雙絞線電纜（超五類電纜）連接。網(wǎng)段長度為100m，支持星型和樹狀結(jié)構(gòu)。
2.4 強大的通訊功能
（1）PROFIBUS-DP主要用于自動化系統(tǒng)的主控設(shè)備與分散的I/O和控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信。它能實現(xiàn)控制底層的較高速度的數(shù)據(jù)傳輸，主站周期地讀取從站的信息并向從站發(fā)送信息。碼頭監(jiān)控系統(tǒng)的PCC通過PROFIBUS—DP現(xiàn)場總線與和六套托利多的稱量儀表進行通訊，實時采集每次稱量的重量和累計重量，并進行稱量值的實時趨勢分析，以控制管道閥門的開閉和油泵的啟停。
（2）通過RS485串口進行數(shù)據(jù)通訊。在PCC站中配置RS485通訊卡，它與布勒打包稱的稱重終端進行點對點通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
（3）UDP /TCP協(xié)議。UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實現(xiàn)信息的可靠傳遞方面有所不同。TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機制，當(dāng)數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來的信息時，會自動地向發(fā)送方發(fā)出確認信息，發(fā)送方只有在接收到該確認信息后才能繼續(xù)傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止。與TCP不同，UDP協(xié)議并不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機制。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。
在整個罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的1#~4#罐區(qū)子系統(tǒng)，它們既是各自獨立又是互為連鎖的，為此，各套PCC站的CPU之間需要通過冗余光纖環(huán)網(wǎng)保持雙向數(shù)據(jù)通訊。該系統(tǒng)采用了TCP/IP協(xié)議和UDP報文協(xié)議，較好地實現(xiàn)了不同罐區(qū)之間的倒罐和碼頭遠程啟/停泵等功能。
2.5 豐富的罐區(qū)動態(tài)功能畫面
為了給該系統(tǒng)的操作和管理人員提供便于監(jiān)視和操作的人機界面，該系統(tǒng)設(shè)計并組態(tài)了數(shù)十幅動態(tài)功能畫面，其中某些主要畫面示例如下：
圖2 油罐區(qū)畫面
圖3 油泵房畫面
圖4 油罐區(qū)閥門畫面
圖5 裝車臺畫面
圖6 罐容表操作畫面
圖7 進出油操作管理畫面
2.6 其它功能
（1）當(dāng)發(fā)生罐或管道泄露、油位超限、水位超限、可燃氣體超標等異常狀況時，發(fā)出聲光報警信號。
（2）該系統(tǒng)集成了各種控制功能，如油罐進/出油操作與液位之間的聯(lián)鎖、泵與閥門的聯(lián)鎖
控制和報警系統(tǒng)等。
（3）配備了開放型接口，可以與現(xiàn)有的及最新的各種罐區(qū)測量系統(tǒng)連接，并可利用標準網(wǎng)
絡(luò)技術(shù)擴展系統(tǒng) 。
（4）可進行油罐庫存歷史數(shù)據(jù)查詢，并顯示其歷史趨勢曲線，還可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)完成各種
統(tǒng)計和計算，如歷史庫存量、進出油量等。
（5）可實現(xiàn)油站進貨管理、庫存管理、銷售管理和客戶管理。
（6）利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可進行遠程訪問，對數(shù)據(jù)訪問者有登錄權(quán)限管理，保證了系統(tǒng)的信息安
全和可靠。
3 結(jié)束語
運行實踐表明，以貝加萊PCC—2005系列可編程自動化控制器為主構(gòu)建的東海糧油食用油罐區(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)，具有全開放、可靠性高、安全性好、計算速度快、通訊功能強大和監(jiān)視操作畫面豐富等優(yōu)點，全面達到了設(shè)計指標，完全滿足了食用油罐區(qū)監(jiān)控管理的工藝要求。
參考文獻：
[1]齊蓉《可編程計算機控制器高級技術(shù)》，西北工業(yè)大學(xué)出版2000。
[2]貝加萊工業(yè)自動化軟件及硬件技術(shù)手冊，2001
作者簡介：
余平 男 1970年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)自動化儀表專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。主要從事工廠自動化開發(fā)與應(yīng)用等方面工作。