以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化生產(chǎn)控制的應(yīng)用

岑國(guó)鋒
廣州自來水公司

　　摘要：本文介紹了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在自動(dòng)化生產(chǎn)控制的應(yīng)用。主要介紹三部分的應(yīng)用：以太網(wǎng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用、用辦公以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳遞生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表自動(dòng)化。
　　關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；三層體系機(jī)構(gòu)；RSLinx；自動(dòng)報(bào)表

Abstract：This paper set forths the applications of the ethernet network in automatic produce control.Mostly set forths three patr of the applications: the applications of the ethernet network in automatic system;transfer the watch and control date of produce by official ethernet network; carry out automatic product report forms by ethernet network.
Keywords：ethernet network;the system framework of three layer; Fuzzy prediction; RSLinx; automatic report forms
　　
一、 引言

　　現(xiàn)代企業(yè)的信息化系統(tǒng)由三部分組成：
　　處于最上層的ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)系統(tǒng)、處于中間層的MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))、處于最底層的PCS(過程控制系統(tǒng))。其中，ERP主要根據(jù)企業(yè)的人、財(cái)、物各種資源的狀況和產(chǎn)、供、銷各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行合理有效的計(jì)劃、組織，使生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)協(xié)調(diào)有序地進(jìn)行，并對(duì)企業(yè)的戰(zhàn)略計(jì)劃進(jìn)行決策。MES則根據(jù)ERP系統(tǒng)下達(dá)的合同計(jì)劃，通過生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)、成本控制、物料平衡和能源管理過程組織生產(chǎn)，并將信息加以采集、傳遞和加工處理，及時(shí)呈報(bào)ERP系統(tǒng)。PCS系統(tǒng)主要完成底層設(shè)備單機(jī)控制、連續(xù)控制、通信聯(lián)網(wǎng)、在線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)等功能，保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備高質(zhì)量完成生產(chǎn)任務(wù)，并將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備生產(chǎn)及運(yùn)行數(shù)據(jù)信息傳送到工廠管理層，向工廠級(jí)MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)。同時(shí)也可接受工廠管理層下達(dá)的生產(chǎn)管理及調(diào)度命令并執(zhí)行之。因此，過程控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化及企業(yè)信息化的基礎(chǔ)。
　　近年來，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展使人們認(rèn)識(shí)到，單純提高生產(chǎn)設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化水平，并不一定能給整個(gè)企業(yè)帶來好的效益；因此，企業(yè)給自動(dòng)化技術(shù)提出的進(jìn)一步要求是：將整個(gè)工廠作為一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)企業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益；這即要求應(yīng)用數(shù)字通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)工廠信息縱向的透明通信。

二、 以太網(wǎng)在自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)三層體系機(jī)構(gòu)
　　現(xiàn)在自動(dòng)化領(lǐng)域上一般采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即設(shè)備層、控制層和信息層的體系。在這個(gè)體系中，數(shù)據(jù)可以雙向流通、層與層之間可以交換數(shù)據(jù)，對(duì)某一具體應(yīng)用可以選擇其中某層或某幾層，而且每層之間可能存在層疊。我們的目的就是，采用一個(gè)開放的、扁平的、滿足高性能系統(tǒng)需求的、降低整體系統(tǒng)費(fèi)用的（包括提高網(wǎng)絡(luò) /設(shè)備診斷能力、減少接線、安裝、系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間，提高糾錯(cuò)能力）的網(wǎng)絡(luò)體系，如圖1所示。

圖 1 自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)三層體系機(jī)構(gòu)

　　三層網(wǎng)絡(luò)體系的特點(diǎn)是：
　　1.從底層到高層全部是開放的 不需許可證，不用注冊(cè)，沒有任何限制
　　2.對(duì)任何人都是可用的技術(shù) 產(chǎn)品的可靠的互操作性
　　3.扁平結(jié)構(gòu) 以最少層次的網(wǎng)絡(luò)支持 可從高層對(duì)以下各層的產(chǎn)品組態(tài)及監(jiān)測(cè)
　　4.所有層之間的完全橋接 層之間通過網(wǎng)橋 /網(wǎng)關(guān)連接
　　5.對(duì)設(shè)備可有增強(qiáng)的診斷能力 將控制分散到整個(gè)體系
　　6.對(duì)每個(gè)特有的層只需關(guān)注一些關(guān)鍵的功能，例如：
　　i. 信息層 ：使用以太網(wǎng)（ Ethernet），它是一個(gè)開放的，全球公認(rèn)的用于信息層互聯(lián)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。
　　這一層網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的焦點(diǎn)：高速報(bào)文傳送和高容量數(shù)據(jù)共享
　　ii. 控制層（例如，使用ControlNet） 此層網(wǎng)絡(luò)要求是：支持 I/O信息，報(bào)文的傳輸和診斷功能 開放性技術(shù) 能夠設(shè)置信息的優(yōu)先級(jí) 一定能用到的帶寬 支持高數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)數(shù) 支持多主機(jī)、廣播式和對(duì)等 (Peer-to-Peer) 的通訊方式
　　此層網(wǎng)絡(luò)關(guān)注焦點(diǎn)：高速 I/O信息和報(bào)文的傳送 有效地?cái)?shù)據(jù)共享定性和可重復(fù)性 (Determinism &Repeatability)
　　iii. 設(shè)備層：（例如，用DeviceNet網(wǎng)） 有類似于控制層的要求，但更強(qiáng)調(diào)降低安裝費(fèi)用、系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間。
2.2 以太網(wǎng)在現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用
　　以太網(wǎng)屬國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已廣泛用于程序維護(hù)、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)界面、記錄事件和告警。以太網(wǎng)工業(yè)協(xié)議(Ethernet IP)作為信息網(wǎng)絡(luò)，為上層網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供讀取工廠數(shù)據(jù)的途徑，并提供可編程設(shè)備支持(PDS)。
　　從用戶的觀點(diǎn)來看，以太網(wǎng)的最大的優(yōu)點(diǎn)就是，它是基于開放的標(biāo)準(zhǔn)，特點(diǎn)是為所有的PC共享。通過選擇以太網(wǎng)和以太網(wǎng)產(chǎn)品，用戶就不必再擔(dān)心被產(chǎn)品制造商的特有協(xié)議結(jié)構(gòu)所綁定。這就充分的簡(jiǎn)化了用戶的任務(wù)，因?yàn)樵S多不同類型的設(shè)備可以簡(jiǎn)單的把它們插入到相同的以太網(wǎng)LAN就可以實(shí)現(xiàn)相互連接。另外，以太網(wǎng)再辦公環(huán)境中已經(jīng)普遍使用，并且提供了許多有用的服務(wù)，如：e-mail, FTP和 web瀏覽，這些都為用戶所熟悉。將這些服務(wù)應(yīng)用到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，讓客戶處于領(lǐng)先地位，因?yàn)樗麄儾恍枰ㄙM(fèi)更多的時(shí)間來學(xué)習(xí)新的應(yīng)用技術(shù)。這同樣意味著，培訓(xùn)費(fèi)用將會(huì)減少，開發(fā)時(shí)間將會(huì)加快，因?yàn)橄到y(tǒng)開發(fā)者已經(jīng)對(duì)以太網(wǎng)應(yīng)用軟件的開發(fā)已經(jīng)很熟悉了。
2.3 劉屋洲取水泵站的無線以太網(wǎng)
　　廣州市自來水公司的劉屋洲取水泵站建在東江下游的劉屋洲島上，四面環(huán)水，與西洲水廠相隔幾公里遠(yuǎn)。為了生產(chǎn)調(diào)度的需要，劉屋洲取水泵站的PLC系統(tǒng)必須與西洲水廠以及新塘水廠的PLC系統(tǒng)通信，但卻沒有過江的通信電纜與外部聯(lián)系。因此劉屋洲取水泵站通過微波通信與西洲水廠和新塘水廠組成無線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)無線以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兩大功能，一是PLC系統(tǒng)之間的工業(yè)以太網(wǎng)通信，用于傳送實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，二是生產(chǎn)調(diào)度通訊，用于傳送生產(chǎn)監(jiān)控圖像和IP電話數(shù)據(jù)。在西洲水廠不但可以詳細(xì)了解劉屋洲取水泵站的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，而且可以收到劉屋洲取水泵站的實(shí)時(shí)圖像。西洲水廠值班人員還可以與新塘水廠和劉屋洲取水泵站的值班人員利用IP電話進(jìn)行通話，傳達(dá)生產(chǎn)調(diào)度的命令。這個(gè)無線以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　劉屋洲取水泵站無線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖

二、用辦公以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳遞生產(chǎn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

3.1 RSLinx通信軟件的網(wǎng)關(guān)功能
　　 RsLinx軟件4中版本：分別是 RsLinx lite,RsLinx single node,RsLinx Professional,RsLinx Gateway，其實(shí)它們?nèi)粯?安裝不同的授權(quán)就變成了不同的版本.
　　 RsLinx lite是免費(fèi)的,它的主要功能就是PLC的編程和硬件的組態(tài)。
　　 RsLinx Professional是最為廣泛使用的,它包含了OPC和DDE的功能以及PLC和其它設(shè)備數(shù)據(jù)查看的功能。
　　 RsLinx Gateway是最功能最完全的版本,它支持Remote OPC和網(wǎng)關(guān)功能,就是說你可以把一臺(tái)安裝有RSLINX的計(jì)算機(jī)當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)關(guān)從而訪問到你的PLC的必備軟件。
　　 西洲水廠建有在中控室和辦公大樓之間的光纖網(wǎng)絡(luò)，主要是組成廠內(nèi)的辦公網(wǎng)絡(luò)，傳遞生產(chǎn)報(bào)表數(shù)據(jù)和生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)等。西洲水廠通過使用RsLinx Gateway，把一臺(tái)安裝有RSLINX的中控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)當(dāng)作一個(gè)網(wǎng)關(guān)，從而在辦公樓的計(jì)算機(jī)也可以直接讀取廠內(nèi)PLC系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣，中控室和辦公大樓之間就不用再建設(shè)PLC網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用和PLC網(wǎng)絡(luò)接口卡的購(gòu)買費(fèi)用，大大節(jié)約了成本。同時(shí)，因?yàn)楣饫w的防雷效果佳，維護(hù)費(fèi)用小，所以也節(jié)約了PLC網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費(fèi)用。
3.2 RSLinx通信軟件簡(jiǎn)介
　　 羅克威爾公司的RSLinx軟件是在Microsoft Win98、Win2000以及WinXP操作系統(tǒng)下建立工廠所有通信方案的工具。它為A-B的可編程控制器與各種Rockwell Software及A-B應(yīng)用軟件，如RSLogix5/500、RSLogix5000、RSView32、RSViewSE等然間之間建立通信聯(lián)系。下面介紹一下RSLinx界面元件組成和主要功能。
　　 當(dāng)啟動(dòng)RSLinx后，Rockwell Software RSLinx應(yīng)用程序窗口出現(xiàn)。應(yīng)用程序窗口包括標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、以子窗口打開的應(yīng)用程序工作區(qū)(RSWho、診斷等)以及一個(gè)狀態(tài)欄，如圖3所示。

圖3 RSLinx通信軟件界面

1、標(biāo)題欄
　　除顯示軟件名稱外，標(biāo)題欄還包括控制菜單、最大化、最小化以及關(guān)閉程序控制，其符號(hào)與功能與Windows定義相同。
　　2、菜單欄
　　File菜單完成創(chuàng)建與打開RSLinx項(xiàng)目；Edit菜單完成拷貝DDE鏈到剪切板；View菜單完成設(shè)置與改變Rslinx界面顯示，打開Event Viewer，選擇RSWho觀察器；Communications組態(tài)驅(qū)動(dòng)程序、主題及其它RSLinx選項(xiàng)，查看驅(qū)動(dòng)程序、DDE及其它客戶應(yīng)用程序的診斷；Station執(zhí)行診斷計(jì)數(shù)器功能以及查看SLC Data Monitor；DDE組態(tài)DDE/OPC主題以及查看事件與診斷信息；Window及Help與Windows一樣。
　　3、工具欄
　　第一個(gè)：用于打開、刪除或創(chuàng)建一個(gè)新的DDE項(xiàng)目。DDE項(xiàng)目包括一個(gè)或多個(gè)DDE主題，用戶可以在此同時(shí)建立一組主題。
　　第二個(gè)：顯示處理器通信網(wǎng)絡(luò)上所有用的/活動(dòng)的站點(diǎn)。
　　第三個(gè)：用于設(shè)置RSLinx與處理器之間的通信。
　　第四個(gè)：激活驅(qū)動(dòng)程序診斷窗。
　　第五、第六為建立DDE相關(guān)文件的工具。分別為組態(tài)主題、拷貝一個(gè)DDE鏈到剪切板使RSLinx作為DDE的服務(wù)器。
　　3.3 RSLinx使用詳解
　　1、網(wǎng)關(guān)設(shè)置
　　選擇Communications菜單中的Configure Gateway，得到界面如圖4所示。

圖4 網(wǎng)關(guān)配置界面

　　 選定“Eanble RSLinx Gateway“，按“應(yīng)用”按鈕，再按“確定”按鈕完成設(shè)置。
　　 2、配置遠(yuǎn)程訪問驅(qū)動(dòng)器
　　 選擇Communications菜單中的Configure Drivers，得到界面如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)器配置界面

　　 從“有效驅(qū)動(dòng)器類型”的下拉列表框中選擇你想要的類型，對(duì)于不同的通訊協(xié)議，有不同的選項(xiàng)，添加RSLINX的為遠(yuǎn)程訪問，要選擇“Remote Device via Linx Gateway”項(xiàng)，然后按右邊的“ADD NEW”。如果上圖下部分列出的有你想要的類型，就不用再新增加，這是你可以選擇其中的一項(xiàng)，然后按右邊的“Configure”按鈕，重新對(duì)它進(jìn)行配置。這兩種方法都可以得到如圖5所示的界面。

圖5 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置

　　 其中的參數(shù)為：Server’s IP Address or：網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)的IP地址；Server Name：網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)的名稱；Remote diver name：網(wǎng)關(guān)驅(qū)動(dòng)器名稱。按設(shè)定的要求選擇就可以配置好遠(yuǎn)程驅(qū)動(dòng)了。
　　 3、查看網(wǎng)絡(luò)
　　 關(guān)閉配置窗口，回到RSLinx啟動(dòng)界面，選擇Communications菜單中的RSwho，得到如圖5的界面：

圖5系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行情況

　　左邊的樹視圖顯示的是已經(jīng)配置的所有的驅(qū)動(dòng)器，右邊顯示的是對(duì)應(yīng)左邊驅(qū)動(dòng)器協(xié)議上所連接的所有控制器，圖表下顯示的數(shù)字是表示控制器的節(jié)點(diǎn)號(hào)，圖表中若有打紅叉表示此控制器系統(tǒng)沒有檢測(cè)到，可能是接線有問題或者差節(jié)點(diǎn)號(hào)的控制器已經(jīng)不存在。需要具體情況具體考慮和檢查。
　　如控制器顯示正常，就可以在監(jiān)控界面讀取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)了。
　　
三、用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)報(bào)表自動(dòng)化

　　西洲水廠的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行已有九年多了，運(yùn)行穩(wěn)定平穩(wěn)，能采集到全部分的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在開廠初期由于生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)沒有合適的生產(chǎn)報(bào)表的功能模塊，所以值班人員只能手工從電腦屏幕中抄回?cái)?shù)據(jù)填入報(bào)表。這樣不僅白白浪費(fèi)了大部分的數(shù)據(jù)資源，自動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能優(yōu)勢(shì)也未能充分發(fā)揮。同時(shí)，廠內(nèi)也有完善的辦公以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，并且在以太網(wǎng)上也能讀取實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)。，我開發(fā)了一套實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)。
　　生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)所采集的所有數(shù)據(jù)，是通過大量的現(xiàn)場(chǎng)傳感器、儀表等器件，以模擬量或數(shù)字量的方式傳送至 PLC系統(tǒng)的輸入端口，再經(jīng)過 PLC5處理器，最后通過DH+網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)到相應(yīng)的工作子站監(jiān)控終端計(jì)算機(jī)硬盤特定目錄中。
　　報(bào)表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)源于生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)記錄程序。由于監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件為基于Windows 2000的RSView32平臺(tái)，原始數(shù)據(jù)中因RSView32平臺(tái)停止運(yùn)行或故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)缺損或無效數(shù)據(jù)等，因此我用中控室兩臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)同時(shí)記錄，重新編寫了一個(gè)專門的數(shù)據(jù)處理程序，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和整理，本機(jī)有缺損數(shù)據(jù)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)讀取另外一臺(tái)機(jī)的數(shù)據(jù)來補(bǔ)全，并用特定的格式存儲(chǔ)在指定的目錄中，從而確保了原始數(shù)據(jù)采集均在每個(gè)正點(diǎn)和半點(diǎn)進(jìn)行。當(dāng)數(shù)據(jù)積累到一定的程度，將通過辦公以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)存到光盤中作長(zhǎng)期保存。
　　自動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)提供了良好的操作界面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表打印、報(bào)表瀏覽、數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì)等功能。使用者無需專門培訓(xùn)即可進(jìn)行操作。
　　啟動(dòng)報(bào)表系統(tǒng)后，使用者可自由選擇是生成當(dāng)天的報(bào)表還是查詢?yōu)g覽報(bào)表。輸入所需報(bào)表的日期，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)地在其數(shù)據(jù)庫(kù)中取數(shù)計(jì)算，并在屏幕上顯示相應(yīng)的報(bào)表。在檢查時(shí)如果發(fā)現(xiàn)有錯(cuò)，則可以直接在屏幕中修改。然后可以選擇報(bào)表再生成或者直接結(jié)束。結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)存儲(chǔ)所打開的報(bào)表，并將數(shù)據(jù)傳遞給公司調(diào)度室。以后再有查詢同一日期的報(bào)表，系統(tǒng)就會(huì)直接調(diào)用而無需重新計(jì)算了。
　　當(dāng)需要作總結(jié)性的生產(chǎn)報(bào)表時(shí)，只要使用者輸入日期的范圍，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)存儲(chǔ)的日結(jié)報(bào)表數(shù)據(jù)，按照要求生成相應(yīng)的生產(chǎn)報(bào)表。如果要分析和比較數(shù)據(jù)或作出各種統(tǒng)計(jì)，則系統(tǒng)可以提供豐富的工具，使之能在短時(shí)間內(nèi)就能生成各式的圖表和曲線。
　　自動(dòng)報(bào)表是實(shí)時(shí)地記錄各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故很大程度上減小了各種人為的誤差，增加了報(bào)表的準(zhǔn)確性，從而為生產(chǎn)方面和管理方面的各項(xiàng)分析提供了可靠的數(shù)據(jù)。
　　自動(dòng)報(bào)表的數(shù)據(jù)是在計(jì)算機(jī)里面，使得對(duì)報(bào)表的查詢、分析變得非常容易和迅速，尤其是查詢和分析的工具和手段豐富多彩，數(shù)據(jù)的利用率及潛在價(jià)值大為提高。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間大大縮小，保存的可靠性大大提高。
　　打印機(jī)打印的自動(dòng)報(bào)表比手工抄寫的報(bào)表美觀整齊得多，便于存儲(chǔ)和匯報(bào)。
　　管理人員和技術(shù)人員可以通過本廠辦公以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)共享報(bào)表系統(tǒng)數(shù)據(jù)，隨時(shí)查詢所需生產(chǎn)數(shù)據(jù)，不必逐頁(yè)去翻看報(bào)表。

參考文獻(xiàn)

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