基于Wonderware 系統(tǒng)的SCADA 在玻璃行業(yè)中的應(yīng)用

朱俊賢

（桐鄉(xiāng)華銳自控技術(shù)裝備有限公司南京辦事處，江蘇 南京 210000）

玻璃纖維具有絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好、機(jī)械強(qiáng)度高等多種優(yōu)點(diǎn)，在制造業(yè)很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

隨著信息化的不斷建設(shè)構(gòu)建貫穿玻璃纖維生產(chǎn)全方位全過程的生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為能源管理、精益生產(chǎn)管理、設(shè)備管理、MES、報表電子化、綜合決策支持等系統(tǒng)提供有力的支撐。提升產(chǎn)品質(zhì)量控制水平，需做好各工序的生產(chǎn)過程質(zhì)量控制。要做好生產(chǎn)過程質(zhì)量控制，不能僅靠生產(chǎn)部門自覺執(zhí)行，要建立全過程關(guān)鍵控制點(diǎn)的工藝管理規(guī)章制度，加強(qiáng)公司層面的監(jiān)督與監(jiān)管。按照目前工藝人員配備和檢測方式已不能滿足現(xiàn)代質(zhì)量管理的要求。針對工廠的底層數(shù)據(jù)采集平臺，該平臺負(fù)責(zé)所有底層自動化數(shù)據(jù)采集，所有采集的數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一管理，并對外提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口。

1 玻璃生產(chǎn)線工藝介紹

（1）玻璃生產(chǎn)線包含6 大工序，分別為熔制工序、拉絲工序、烘制工序、絡(luò)紗工序、短切工序、撿裝工序，另包含公用系統(tǒng)的制冷、污水處理、污泥處理、能源計量等。

（2）烘制工序：包含池窯、通路氧氣燃?xì)獾娜紵刂疲伙L(fēng)機(jī)風(fēng)壓控制；電助熔控制；能源計量；投喂料控制等。

（3）拉絲工序：包含漏板溫度控制（漏板規(guī)格、溫度、電流電壓等）、涂油系統(tǒng)、小循環(huán)系統(tǒng)、拉絲機(jī)系統(tǒng)（共420 臺拉絲機(jī)，9 種拉絲機(jī)機(jī)型，涉及自由互換功能）、化工系統(tǒng)等，拉絲報表統(tǒng)計、產(chǎn)量、能耗統(tǒng)計等。

（4）烘制工序：包含微波烘箱系統(tǒng)、隧道烘箱系統(tǒng)、高頻烘箱系統(tǒng)，主要用于玻璃的烘干；還包括輸送系統(tǒng)、物流倉儲系統(tǒng)等。

（5）絡(luò)紗工序：包含800 臺不同品牌PLC 的絡(luò)紗機(jī)。

（6）短切工序：包含短切機(jī)；短切烘箱。

（7）撿裝工序：包含外圈絡(luò)紗機(jī)；熱縮機(jī)；擺脫機(jī)；整托物流生產(chǎn)線。

（8）以上工序的所有設(shè)備均是獨(dú)立的單機(jī)設(shè)備或相同數(shù)量較多的設(shè)備自成一套數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)。

2 軟件介紹

2.1 Wonderware 軟件介紹

Wonderware 軟件是施耐德公司推出的基于Microsoft Windows 的人機(jī)界面自動化軟件。

可用于可視化和控制工業(yè)生產(chǎn)過程。它為工程師提供了一種易用的開發(fā)環(huán)境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測試和部署強(qiáng)大的連接和傳遞實時信息的自動化應(yīng)用。

是一個開放的、可擴(kuò)展的人機(jī)界面，為定制應(yīng)用程序設(shè)計提供了靈活性，同時，為工業(yè)中的各種自動化設(shè)備提供了連接能力，及完善的Server/Client 架構(gòu)。

Wonderware 軟件提供了廣泛的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口—DA Server，能方便的連接到各種控制設(shè)備，如各種品牌的PLC、各種品牌的運(yùn)動控制器、各種品牌的上位軟件、數(shù)據(jù)庫等。

2.2 SCADA 系統(tǒng)介紹

SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）數(shù)據(jù)監(jiān)控及采集系統(tǒng)，目的是為了實現(xiàn)智能化工廠，為MES提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC 數(shù)據(jù)源，將每條生產(chǎn)線原來信息孤立的所有設(shè)備全部聯(lián)結(jié)起來進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳及下發(fā)。

SCADA 為MES 等高級管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。整個項目共計15 萬采集點(diǎn)。

歷史報警、曲線記錄查詢，報表等查詢，存儲數(shù)據(jù)。

同時，SCADA 還提供一種遠(yuǎn)程/集中診斷能力，這種診斷能力支持對進(jìn)程、硬件、 平臺和各個對象的監(jiān)視，并具有控制運(yùn)行時執(zhí)行的能力。

3 編程調(diào)試

3.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該系統(tǒng)由Wonderware 軟件、PLC 編程軟件、VB、C#編寫的非標(biāo)軟件構(gòu)成。Wonderware 軟件負(fù)責(zé)參數(shù)設(shè)置、流程監(jiān)控、報警記錄、操作記錄、曲線記錄等，并通過DA Server 讀取PLC 數(shù)據(jù)；PLC 編程軟件負(fù)責(zé)參數(shù)的計算中轉(zhuǎn)等工作；VB 及C#的程序負(fù)責(zé)與MES 系統(tǒng)對接的非標(biāo)接口。包括參數(shù)參數(shù)上傳、下發(fā)等。

與個獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)的接口采用Web Servers 構(gòu)架，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，通訊交互產(chǎn)生Log 記錄，可追溯錯誤發(fā)生的時間等詳細(xì)信息。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)平臺系統(tǒng)由一套組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)平臺服務(wù)器（含1 臺組態(tài)管理GR 服務(wù)器、6 臺實時數(shù)據(jù)處理AOS/OI 服務(wù)器、1 臺歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、7 臺操作員站（其中6 臺與AOS/OI服務(wù)器合并設(shè)置）、1 臺工程師IDE 站（與GR 服務(wù)器合并設(shè)置）。

系統(tǒng)平臺服務(wù)器是數(shù)據(jù)采集及SCADA 系統(tǒng)的核心，具有實時采集監(jiān)控數(shù)據(jù)和工況進(jìn)行存儲和處理；保存各種系統(tǒng)組件如畫面、報警定義、安全系統(tǒng)定義；并提供各種系統(tǒng)服務(wù)如報警檢測，存儲歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)行安全管理等功能。

服務(wù)器的主要功能是數(shù)據(jù)處理及管理，服務(wù)器通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對巨石三分廠各種工作數(shù)據(jù)、故障報警記錄的存取，提供動態(tài)的工藝監(jiān)控圖形，具備友好的人機(jī)界面，并且可以提供數(shù)據(jù)查詢和網(wǎng)絡(luò)管理。系統(tǒng)中的任何數(shù)據(jù)點(diǎn)都可以根據(jù)用戶指定的速率采樣存儲。數(shù)據(jù)處理主要包括歷史數(shù)據(jù)的保存和歷史數(shù)據(jù)的顯示。這些存儲的數(shù)據(jù)是進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和調(diào)整的強(qiáng)有力工具。工程師可以通過這些數(shù)據(jù)檢查引起某項特殊事件或事故發(fā)生的原因。

事件處理功能：系統(tǒng)中的重要操作和運(yùn)行事件，服務(wù)器都將對它進(jìn)行記錄、管理。事件處理主要包括事件登錄、事件檢索、事件記錄等，并具有事件記錄打印功能。同時，還可以根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前發(fā)生的事件自動觸發(fā)執(zhí)行制定的命令和程序。

什么是任意性？Saussure[12]67在論述語言符號的性質(zhì)時指出：“能指和所指之間的關(guān)系是任意的。”他舉證說，法語中的s-o-r與它所指的對象“sister”之間沒有必然的聯(lián)系，而不同的語言又可以用不同的符號指代同一個人或物，如法語用b-?-f指代“ox”，而英語卻用o-k-s指代該種動物[13]2。

3.2.1 工程師IDE 站

配有多種工具軟件，能對PLC 和上位機(jī)應(yīng)用軟件在線編輯、調(diào)試。同時，可以在網(wǎng)上對PLC 進(jìn)行在線診斷。工程師站能同時打開網(wǎng)絡(luò)中的所有系統(tǒng)平臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)組件，并對其進(jìn)行編輯、組態(tài)。

（1）顯示工程設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，顯示工藝流程的動態(tài)參數(shù)，顯示相關(guān)參數(shù)的趨勢、歷史數(shù)據(jù)及歷史記錄、各類報表。

（2）打印過程回路控制的參數(shù)給定值，報警記錄，報表、趨勢圖等。

（3）報警設(shè)有優(yōu)先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。

（4）在操作過程中，設(shè)有啟動、停止、復(fù)位和選擇等軟手動操作功能。

（6）系統(tǒng)有在線和離線修改功能，并帶有自診斷功能。

（7）系統(tǒng)穩(wěn)定性：不因誤操作和通訊問題死機(jī)，重要技術(shù)參數(shù)修改應(yīng)有軟鎖。

（8）能夠和所有控制站組成部分保持通訊，數(shù)據(jù)掃描周期為1 秒。系統(tǒng)要負(fù)責(zé)所有控制系統(tǒng)組成部分的協(xié)調(diào)通訊。

（9）要完成報警記錄，要顯示報警總匯，至少應(yīng)根據(jù)收到的次序顯示，所有報警都要標(biāo)有日期、時間、至少有8 個報警優(yōu)先級，并且可以總體報警或一個接一個報警。

3.2.2 操作員站

通過以太網(wǎng)與系統(tǒng)平臺服務(wù)器連接，獲取實時的生產(chǎn)工況數(shù)據(jù)。顯示動態(tài)的工藝監(jiān)控圖形，且所有畫面均在系統(tǒng)啟動時自動從系統(tǒng)平臺服務(wù)器獲取，在操作員站不需保存任何畫面。

操作員站的主要功能有：

圖形功能：生成總平面圖、工藝圖、工藝區(qū)域圖、工藝單元圖、工藝控制圖、單元控制圖，給用戶提供友好的人機(jī)界面。

控制功能：在控制圖形上通過鼠標(biāo)和鍵盤對工藝參數(shù)進(jìn)行修改，對工藝過程和控制設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

報警功能：在設(shè)備及工藝過程中發(fā)生故障時發(fā)出警報，顯示故障點(diǎn)和故障狀態(tài)，按照報警等級作出相關(guān)反應(yīng)，記錄故障的信息。

安全操作：設(shè)立不同的安全操作等級，針對不同的操作者設(shè)置相應(yīng)的加密等級，記錄操作員及其操作信息。

3.3 拉絲機(jī)自由互換功能說明

該系統(tǒng)共包含420 臺拉絲機(jī)，9 種拉絲機(jī)機(jī)型（德國拉絲機(jī)6 種機(jī)型、島津拉絲機(jī)1 種機(jī)型、蕭山拉絲機(jī)2 種機(jī)型），涉及到不同品牌的PLC、運(yùn)動控制器之間的自由互換。

原方案：對生產(chǎn)線上的拉絲機(jī)進(jìn)行停機(jī)保養(yǎng)時，必然會用備用拉絲機(jī)替換。那么，不同品牌之間互換時，工作人員必須到熔制工序DCS 系統(tǒng)中，做相應(yīng)的軟件修改，目的是調(diào)整拉絲機(jī)的數(shù)據(jù)鏈通訊地址及數(shù)據(jù)鏈的長度，以符合更換拉絲機(jī)操作帶來的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的變化。如若不進(jìn)行此項軟件修改工作，由于現(xiàn)場工位上的拉絲機(jī)機(jī)型已經(jīng)發(fā)生了改變，系統(tǒng)極有可能從錯誤的數(shù)據(jù)鏈地址中，讀取錯誤的數(shù)據(jù)，從而在系統(tǒng)中生成毫無意義的分析或結(jié)論。所以，每次進(jìn)行拉絲機(jī)更換，都要進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈地址的校對和相應(yīng)軟件修改。

SCADA 方案：目前，我們在本項目實施過程中，通過構(gòu)建新的硬件、軟件系統(tǒng)，重新定義了更加科學(xué)且行之有效的拉絲機(jī)數(shù)據(jù)采集模式。新的數(shù)據(jù)采集架構(gòu)，硬件方面，由高性能可編程控制單元、人機(jī)交互單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)高速儲存及分析處理單元等元素構(gòu)成；軟件方面，我們開發(fā)了新的軟件系統(tǒng)，新系統(tǒng)整合了工廠日常生產(chǎn)過程中，使用的所有品牌和型號的拉絲機(jī)，針對不同的拉絲機(jī)，開發(fā)了對應(yīng)的軟件運(yùn)行腳本。

4 結(jié)語

本文主要概述了基于Wonderware 系統(tǒng)的SCADA 的設(shè)計，設(shè)計重點(diǎn)是數(shù)據(jù)管理、分析、拉絲機(jī)自由互換。目前，該系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，并且運(yùn)行穩(wěn)定，為建立智能化工廠邁出了第一步。