一、系統(tǒng)特點與要求

打葉復烤線是用來對煙葉進行加工，使其滿足存儲與制絲的工藝要求，是為卷煙企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)煙葉原料的關(guān)鍵工序。生產(chǎn)線分為預處理段、打葉段、復烤段、除塵段。各段共同組成煙葉生產(chǎn)流水線。整條生產(chǎn)線設各繁多，分散，分布時變參數(shù)多信息交互量大是復雜的生產(chǎn)過程系統(tǒng)。因此需要構(gòu)建SCADA系統(tǒng)以實現(xiàn)對煙葉生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的檢測與控制。系統(tǒng)應該達到的總體要求是：

1）為滿足系統(tǒng)的實時多任務監(jiān)控需求，系統(tǒng)要有高可靠性，數(shù)據(jù)交換要決速，抗干擾能力強，要采用分層控制方式關(guān)鍵部分采用冗余技術(shù)。

2）具有良好的圖形界面，能夠動態(tài)，直觀地反映整條生產(chǎn)線的工藝流程，設各狀態(tài)便捷的操控界面，完善的報警功能，以及完善的趨勢分析等。

3）生產(chǎn)線分為多個工序段，為了生產(chǎn)協(xié)調(diào)需要能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶，多點分布監(jiān)控，有利于現(xiàn)場各工序點及時、快速對生產(chǎn)狀態(tài)作出反應。

4）要能實現(xiàn)生產(chǎn)管埋功能，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫和管理數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交換。并可通過ODBC.SQL等技術(shù)與管理層數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。

二、系統(tǒng)設計

SCADA監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)采用PC+Ethernet+PLC+IN-TERBUS模式構(gòu)建，系統(tǒng)分為：設備層、控制層、監(jiān)控管理三層網(wǎng)絡，監(jiān)控管理層根據(jù)工業(yè)Ethernet協(xié)議構(gòu)建，PC通過交換機組成局域網(wǎng)，實現(xiàn)客戶／服務器分布式監(jiān)控、管埋控制層采用INTERBUS現(xiàn)場總線（FCS）連接PLC、分布式I/O.FCS儀表構(gòu)成控制網(wǎng)：設各層包括各種傳感器和執(zhí)行器2.1PLC+INTERBUS現(xiàn)場總線

控制器采用德國Phoenix公司PC-BASE主控器RFC430，它集成了工業(yè)Ethernet網(wǎng)接口，RS-232和INTERBUS現(xiàn)場總線接口，通過INTERBUS總線與遠程分布式站點件進行數(shù)字化信息交換同時通過Ethernet網(wǎng)與上位監(jiān)控系統(tǒng)連接，實現(xiàn)了工業(yè)Ethernet和FCS耦合。RFC430控制器1k字指令執(zhí)行時間為0.1ms，保證控制的實時性。控制程序采用Flash卡存儲，防止數(shù)據(jù)的丟失。采用符合IEC1131-3標準的PCWORX控制軟件開發(fā)了功能塊圖（FBD）程序，實現(xiàn)了各段工藝流程控制.

INTERBUSFCS，采用集總幀傳輸協(xié)議，有效數(shù)據(jù)傳輸率高達52%，掃描4096I/O點的時間僅為7.8ms（500Kbps）。而且INTERBUS采用了光纖傳輸，降低了電磁干擾造成的故障：同時INTERBUS具各強大的故障診斷功能因此滿足了系統(tǒng)下位控制實時性、可靠性的要求

由于采用了FCS技術(shù)，減少了現(xiàn)場布線，降低了安裝成本，系統(tǒng)擴展性好。5套RFC430控制器（用于相應的工藝段控制）設置于主控柜內(nèi)；根據(jù)現(xiàn)場設各分布需要，就近安裝控制子站用于現(xiàn)場設各信號的采集、控制。子站采用終端IBSST24BK-LK模塊（相當于遠程和本地網(wǎng)的交換樞紐，完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換），連接到INTERBUS總線，同時在本地子站掛接各種I/O模塊，其處理的信號類型包括4-20mA，110V，熱電偶、熱電阻等標準信號.

由于INTERBUS總線開放性，大量選用了符合INTERBUS標準的Lenze變頻器，ABB的軟啟動器、紅外水分儀，E+H的電磁流量計等，它們通過INTERBUS光纖接口模塊直接掛接到INTERBUS總線上，實現(xiàn)了儀表設備所有參數(shù)數(shù)據(jù)的全數(shù)字式采集和設置，充分發(fā)揮了智能儀表的分散控制功能；大大減少了信號遠距離傳輸造成的衰減和干擾口適應了復烤線控制器件多，位置分散、易受干擾的特點。由于下位控制系統(tǒng)的先進性為上位監(jiān)控提供了可靠、高效的數(shù)據(jù)支持。

2．PC+Ethernet網(wǎng)

根據(jù)生產(chǎn)的需要在每個關(guān)鍵工序段設置監(jiān)控站對本段設備進行的現(xiàn)場監(jiān)控；同時在中控室對整條生產(chǎn)線進行集中監(jiān)控。實現(xiàn)了多用戶、集中／分布式監(jiān)控。在中控室，配置兩臺高性能監(jiān)控數(shù)據(jù)庫服務器，通過NCRLifeKeeper雙機容錯軟件包和磁盤陣列實現(xiàn)雙機熱備容錯，以防止數(shù)據(jù)受到意外事故，造成數(shù)據(jù)丟失口其型號為IBMNetfinity5600選用兩臺監(jiān)控計算機分別用來對生產(chǎn)線的前／后段進行集中監(jiān)控。主機采用IBM電腦，SONY21寸高清晰顯示器。同時在工序段現(xiàn)場設置7臺ICP工控機。并增加管理、編程計算機對控制系統(tǒng)進行編程、故障診斷、設備管理。通過UPS對服務器、監(jiān)控計算機、主控器、報表打印機HP8550DN進行單獨供電，防止掉電造成生產(chǎn)停機。

在中控室放置一臺ForeSystemESX3000交換機，負責連接5套InterbusFCS系統(tǒng)、監(jiān)控機、服務器、管理、編程計算機。并采用4臺CISCOCATALYST2950交換機，負責連接各工序段的現(xiàn)場監(jiān)控站、新增鋪把、精選、環(huán)境除塵、潤葉PLC.形成一個完整的監(jiān)控網(wǎng)絡由于采用了工業(yè)Ethernet交換網(wǎng)技術(shù)，降低了網(wǎng)絡負荷，減少對網(wǎng)絡資源爭奪造成的沖突，通信的“確定性”和實時性得到保證。

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的各種參數(shù)指標和控制要求，服務器數(shù)據(jù)庫采用MSSOLServer2000.它擔任整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的據(jù)服務工作，構(gòu)建客戶／服務器結(jié)構(gòu)。監(jiān)控軟件采用澳大利亞悉雅特公司Citect工業(yè)組態(tài)軟件進行開發(fā)，運行于Windows2000平臺。Citect組態(tài)軟件由Configuration Environment（組態(tài)環(huán)境）和Runtime System（運行環(huán)境）兩部分組成。

3.通信方式

Citect和RF430主控器采用了OPC方式進行通信，在數(shù)據(jù)庫服務器運行Phoenix Contact公司的Interbus OPCServ-er：通過它來訪問控制器RF430上需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)，所有Citect監(jiān)控程序作為其客戶端.client利用DCOM技術(shù)，通過局域網(wǎng)對運行于Windows/2000平臺的OPCSERVER進行數(shù)據(jù)訪問，實現(xiàn)服務器和客戶端數(shù)據(jù)的透明訪問。OPCServer為基于Windows的應用程序Citect和PLC控制程序建立了橋梁，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的開放和互操作。

OPC使Citect監(jiān)控與RF430控制程序的數(shù)據(jù)通訊非常方便、可靠。OPCServer根據(jù)配置變量表，循環(huán)訪問的PLC.并緩存所獲得的變量；同時客戶端Citect與緩存進行數(shù)據(jù)交換，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時交互。OPC通信方式數(shù)據(jù)刷新率很高，響應能力強。（如監(jiān)控變量分為tPD/DA和CSV兩種。其循環(huán)更新時間對tPD/DA為1000Byte小于50ms，對csv變量1000Byte小于500ms.）保證了數(shù)據(jù)的更新速度，滿足了監(jiān)控和下位控制系統(tǒng)實時通信要求。

對于新增PLC由于監(jiān)控點數(shù)較少，采用以太網(wǎng)直接通信方式，在西門子S7-300端增加CP343-1Ethernet模塊GE控制器端采用CCM通信模塊，通過交換機實現(xiàn)和Citect監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。原監(jiān)控系統(tǒng)實際點數(shù)為2700多點，選用了3000點檔的授權(quán)。為節(jié)約成本并未升級組態(tài)軟件點數(shù)。采用軟“壓縮”和軟“解壓縮”也同樣解決由于新增PLC控制系統(tǒng)而造成點數(shù)不夠的問題口辦法是：先通過下位機PLC功能將點數(shù)壓縮，將個獨立的控制點組合為16個一組，及一個字，通過字進行通信，相當于16：1的壓縮比，然后在上位機Citect中將這些字信息解壓縮，及將這些字分解為有實際意義的位信息。如VarWord是由PLC傳送到上位機的一個包含16位信息的整形變量。因為數(shù)值量只有0，1兩種狀態(tài)，所以要判斷16位中的第n為采用下式：VarBit-n=VarWordBLAND（2n），BitAND是與運算指令，布爾型值，根據(jù)上式結(jié)果，即可執(zhí)行相應的操作。節(jié)約了經(jīng)費開支實現(xiàn)了同樣的控制。

三、監(jiān)控程序設計

利用Citect為監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)，使監(jiān)控界面友好，易于操作，圖形形象豐富能以動畫的形式實時顯示現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)并開發(fā)了完善的管理功能，方便了操作人員監(jiān)控，減輕了其勞動強度。中控站完成生產(chǎn)線所有畫面的顯示與上位操作各現(xiàn)場工控機站分別完成每個工序段的監(jiān)控。共開發(fā)了有70多幅監(jiān)控畫面。

（1）各段工藝流程圖

包括打葉段的打葉、風分機組、煙葉輸送設備烤片機各區(qū)設備預處理煙葉解把、切尖、潤葉、加料設備的流程總貌圖。各工藝段又劃分為：設備動態(tài)顯示圖水分、溫度、加料、轉(zhuǎn)速控制調(diào)節(jié)圖變量趨勢畫面分析圖等。

1）由于整條生產(chǎn)線使用了近400多臺各型電機并且電機又分為：變頻、軟啟動器、接觸器三種控制方式。如何快速、簡潔她反映各種電機的狀態(tài)，是系統(tǒng)開發(fā)的關(guān)鍵。對此我們采用了Citect的GENIES，SUPERGENIES（精靈、超級精靈）來實現(xiàn)。首先用超級精靈構(gòu)建一個電機類，為該類添加各種屬性和方法：根據(jù)電機實際信號，通過顏色、文字來反映其的狀態(tài)，如故障、運行、停止等屬性手動啟／停等方法。然后建立精靈，它在畫面中代表電機的簡略圖，根據(jù)不同的顏色表示電機的啟／停、故障、隔離開關(guān)的閉／合。然后在精靈中編寫腳本，調(diào)用超級精靈（點擊精靈后彈出超級精靈，詳細反映電機狀態(tài)）。AssPopUp（“!mo-Tor＿Vf"，"空氣開關(guān)％”，“％隔離開關(guān)％”，“％運行指示％”，“％變頻器狀態(tài)％”，“％電機名稱％”“％電機號％”“％額定功率％”，“％額定電流％”）；!motor＿vf是被調(diào)用的超級精靈其后是電機的結(jié)構(gòu)變量（相當于型參），對不同的電機實例賦予不同的實參，即可完成電機的類調(diào)用實現(xiàn)了類模塊化開發(fā)，大大提高了效率對于20多個“軟控制器”采用了同樣的方祛來開發(fā)包括控制器的狀態(tài)（MAN/AUTO），內(nèi)／外控的切換、調(diào)節(jié)參數(shù)、SP.PV.OP值及實時調(diào)節(jié)曲線的顯示，并對SP/PV進行分析，以便及時進行控制參數(shù)調(diào)節(jié)以滿足控制工藝要求。

2）利用趨勢圖可以直觀地分析設定量與被控量的關(guān)系，評估控制效果，并進行相應的調(diào)整應用Citect提供的大量內(nèi)部函數(shù)，可實現(xiàn)了對趨勢圖靈活控制，如TrendSelectPen選擇要顯示的趨勢（TREND）變量；為用別的軟件分析當前的趨勢數(shù)據(jù)，編寫函數(shù)ExportFileButton把當前趨勢數(shù)據(jù)導出為CSV或dBASEⅢ格式文件，以便分析〔如SPC控制）、顯示和存儲TrnPrint實現(xiàn)趨勢圖的打印.

（2）組合操作

包括遠程、本地控制，單機、閉鎖、自動選擇，組合啟動／停止、煙葉進出儲柜選擇等功能。操作員通過監(jiān)控計算機，選擇控制方式，發(fā)出指令到主控器，完成相應的操作如在監(jiān)控畫面上按下“打葉段啟動按鈕”則調(diào)用Start-Dy（）函數(shù)，發(fā)出生產(chǎn)線啟動脈沖.IFMessage（"確認"，"起動打葉段嗎？"，33）=0THENDy_autostart=1；／／啟動變量SIeepMS（500）；//延時Dy_autostart＝0；//復位

（3）報警功能

報警包括開關(guān)量報警如：變頻器故障、空開跳閘、安全限位開關(guān)報警模擬量報警如：水分過高／過低，蒸汽壓力報警系統(tǒng)報警如通信I/OServe