摘 要：本文采用FMCS系統(tǒng)來滿足天津CTS工業(yè)廠房的集成需求，主要從PLC控制、DCS系統(tǒng)和OPC 技術(shù)等方面進行了闡述。 Abstract:This article introduces the application of FMCS system in the CTS industry workshop in Tientsin mainly from three aspects: PLC control、DCS system and OPC technique. 關(guān)鍵詞：系統(tǒng)集成;PLC;DCS;OPC Key words:The system is integrated ;PLC ; DCS;OPC 1 引言 　　FMCS系統(tǒng)是一個采用分層的分布式結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，總體上講分為四層結(jié)構(gòu)，最底層為現(xiàn)場設備層，包括各類傳感器、探測器、儀表和執(zhí)行機構(gòu)等設備;第二層為現(xiàn)場總線控制層，主要完成現(xiàn)場控制器，PLC等設備對底層設備的數(shù)據(jù)采集，下發(fā)控制命令，多采用MODBUS，PROFIBUS，RS-485 以及LONWORKS等總線協(xié)議，具有實時性要求;第三層為子系統(tǒng)監(jiān)控操作層，主要完成各子系統(tǒng)的監(jiān)視和操作,HMI人機界面，現(xiàn)場數(shù)據(jù)的提取，并作為集成系統(tǒng)的OPC Server數(shù)據(jù)源，是確保各子系統(tǒng)獨立運行的基礎(chǔ);最上層為監(jiān)視和管理中心，負責整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行和綜合管理，采用和遵循標準的以太網(wǎng)好人和TCP/IP協(xié)議，以通用數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過ODBC（開放式數(shù)據(jù)庫互聯(lián)驅(qū)動）標準接口，SQL結(jié)構(gòu)化查詢語言進行數(shù)據(jù)提取和交換。 2 集成需求 　　天津CTS是一座具有現(xiàn)代化智能型工業(yè)廠房。目前所涉及到的自系統(tǒng)包括EMS能源管理系統(tǒng)、FA火災報警及消防系統(tǒng)、DCS分布式集散系統(tǒng)、CNS計算機網(wǎng)絡（Intranet ）系統(tǒng)、OS辦公自動化信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)主和智能化廠房的要求，同時兼顧未來的發(fā)展趨勢，擬對上述自系統(tǒng)在工廠級局域網(wǎng)（TCP/IP以太網(wǎng)）上進行系統(tǒng)集成為FMCS。用戶不僅可以在局域網(wǎng)上瀏覽和操作FMCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，還可以借助于國際互聯(lián)網(wǎng)Internet，在任何地點，任何時間查看、瀏覽和操作FMCS系統(tǒng)。 　　FMCS的各子系統(tǒng)都具有獨立的硬件和豐富的軟件功能，在實現(xiàn)底層物理連接和標準的通信協(xié)議之后，由軟件功能實現(xiàn)信息共享和交換是系統(tǒng)集成的關(guān)鍵內(nèi)容。各子系統(tǒng)與FMCS的信息數(shù)據(jù)流如下： 　　l EMS與FMCS數(shù)據(jù)流 　　A. 接受FMCS的控制指令：如預制空調(diào)控制模式及參數(shù)設定，火警聯(lián)動控制，廠房環(huán)境控制設備的啟停。 [align=center] 圖1 FMCS系統(tǒng)組成及信息流示意[/align] 　　B.向FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：系統(tǒng)運行過程參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)大型設備運行累計報表，各種報警及報表，現(xiàn)場控制器運行狀態(tài)等。 　　l FA與FMCS數(shù)據(jù)流 　　向FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：各防區(qū)探測設備狀態(tài)和各控制主機運行的累計報表，報警及與其它子系統(tǒng)報警信息。 　　l DCS與FMCS數(shù)據(jù)流 　　A.FMCS的控制指令：預制生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的控制模式，控制參數(shù)及報警參數(shù)設定，報表預制。 　　B.FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：實時過程數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，報警數(shù)據(jù)，設備運行設備運行狀態(tài)。 3 FMCS集成方案 　　3.1 系統(tǒng)硬件集成 　　由于類屬于EMS的HVAC系統(tǒng)包含有兩個部分，其一 為舒適型空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此多為工廠非生產(chǎn)區(qū)的環(huán)境控制，如辦公樓，寫字間等，相對控制工藝簡單，采用SIEMENS樓宇科技的APPOGE 600 系統(tǒng)即可勝任。其二為生產(chǎn)區(qū)潔凈系統(tǒng)，工藝要求復雜，控制精度要求較高，該系統(tǒng)控制品質(zhì)的優(yōu)良直接影響企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，所以選用SIEMENS S7—300型PLC作為主控制器，PLC系統(tǒng)與樓控系統(tǒng)的集成通過網(wǎng)關(guān)，在相對底層進行集成，這樣的集成保證了HVAC系統(tǒng)的完整性，可作為獨立子系統(tǒng)單獨運行。另外同屬于EMS的電梯控制系統(tǒng)和動力配電系統(tǒng)也是通過網(wǎng)關(guān)在底層進行集成. HVAC系統(tǒng)主機上運行的是WINDOWS NT平臺上的Insight軟件,它是SIEMENS樓宇科技多任務環(huán)境功能強大的軟件包.除具備所有完整的HVAC控制策略外,它還是一個理想的OPC Server. 　　FA火災報警及消防系統(tǒng)屬于第三方提供的子系統(tǒng)，國家對該系統(tǒng)的施工,方案組織和實施都有相應嚴格的規(guī)定.對FA系統(tǒng)集成的原則上在局域網(wǎng)上通過OPC Server技術(shù)實現(xiàn)，一般情況下，F(xiàn)A主機上運行的系統(tǒng)軟件都能提供COM/DCOM的接口組件。也有部分廠家的產(chǎn)品不具備上述軟件接口協(xié)議，而僅提供基于RS-232或RS-485的通用或?qū)Ｓ脜f(xié)議,在這種情況下,就需要自行開發(fā)基于網(wǎng)絡應用的ActiveX控件或OPC Server,使FA系統(tǒng)在工廠局域網(wǎng)上開放并能夠共享其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 [align=center] 圖2 FMCS系統(tǒng)集成示意圖[/align] 　　DCS系統(tǒng)也屬于第三方提供的系統(tǒng),目前傾向采用的方案是以PLC作為現(xiàn)場工藝流程控制的基控制器,并通過網(wǎng)絡將分布的各控制器集中起來,從而實現(xiàn)DCS分散控制,集中管理的功能.由于所采用的PLC的不同,其聯(lián)網(wǎng)方式也會有所不同.目前大多數(shù)PLC產(chǎn)品都支持以太網(wǎng)Ethernet的組網(wǎng)方式,用以太網(wǎng)組網(wǎng),可以充分利用工廠企業(yè)網(wǎng)Intranet信息點資源,利用企業(yè)結(jié)構(gòu)化綜合布線的基礎(chǔ),可十分方便地縱向集成DCS系統(tǒng).DCS操作軟件采用Intellution公司iFIX軟件,該軟件不僅具備豐富和優(yōu)良的HMI界面,而且可直接驅(qū)動著名企業(yè)的數(shù)百種控制器或I/O設備,其自身既可以作為一個OPC Server,也可作為OPC Client,并且全面支持ODBC API接口,可直接把實時數(shù)據(jù)寫入一個或多個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,也可從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫回寫數(shù)據(jù)到iFIX實時數(shù)據(jù)庫中.為系統(tǒng)集成奠定了技術(shù)基礎(chǔ),是目前工業(yè)控制領(lǐng)域中首選的軟件產(chǎn)品. 　　FMCS主機在宏觀上講,是所有各子系統(tǒng)OPC Server的客戶端,完成低端的接口驅(qū)動,并通過ODBC接口,向FMCS主服務器構(gòu)建共享的大型數(shù)據(jù)倉庫. 　　FMCS主服務器實際上就是一個Microsoft SQL Server,該服務器的構(gòu)建可視工廠企業(yè)網(wǎng)Intranet上數(shù)據(jù)庫服務器的具體情況而定,或合并,或分散,要以網(wǎng)絡數(shù)據(jù)負荷均衡,工作協(xié)調(diào)為原則. 　　整個FMCS客戶端的數(shù)據(jù)瀏覽采用基于WEB頁的瀏覽器/服務器,即B/S結(jié)構(gòu).隨著Internet愈來愈廣泛的應用,原來基于LAN的企業(yè)網(wǎng)開始采用Internet的技術(shù)來構(gòu)建,即所謂的Intranet.于是這種B/S結(jié)構(gòu)模式應運而生,并且獲得飛速發(fā)展,成為眾多廠家爭相采用的一種技術(shù). 　　3.2系統(tǒng)軟件集成 　　系統(tǒng)集成的功能最終是由軟件實現(xiàn)的,而軟件技術(shù)的核心和基礎(chǔ)即是OPC Server,ActiveX,COM/DCOM;數(shù)據(jù)庫服務器軟件SQL Server或Oracle又是其密不可分的組成部分;DHTML,ASP以及VB或JAVA腳本語言等Web技術(shù)是其最終的表現(xiàn)手段. 　　OPC（OLE For Process Control）是與廠商無關(guān)的軟件數(shù)據(jù)交換標準接口和規(guī)程，由微軟倡導而成立,主要解決過程控制系統(tǒng)與其數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)交換問題，可在各應用之間提供一種透明的數(shù)據(jù)訪問。可以說OPC是工業(yè)監(jiān)控軟件的現(xiàn)場總線。其基本思想是：每個硬件廠商為其設備開發(fā)一個通用的數(shù)據(jù)接口（既OPC Server）,供其它系統(tǒng)讀寫信息，應用軟件也通過OPC規(guī)范的接口來讀寫硬件設備的信息（作為OPC Client）。通過OPC Server訪問過程數(shù)據(jù)，可以克服異構(gòu)網(wǎng)絡和網(wǎng)絡協(xié)議之間的差異。采用OPC技術(shù)，可以完全解決FMCS集成子系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性問題，構(gòu)造真正開放、通用的FMCS系統(tǒng)。 　　將各個硬件設備驅(qū)動程序和通訊程序封裝成獨立的OPC數(shù)據(jù)，可以獨立運行或嵌入式運行，從而能夠最大限度挖掘硬件的潛力，提高驅(qū)動程序的性能。一方面，上層應用軟件可以不關(guān)心硬件的性能特點;另一方面，由于硬件程序和上層應用的相對獨立，硬件性能的變動不影響上層應用軟件的使用，使硬件可在遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議的基礎(chǔ)上獨立升級，軟件開發(fā)商不必因硬件的特性改變或重寫驅(qū)動程序。 [align=center] 圖3 基于OPC應用的軟硬件結(jié)構(gòu)[/align] 　　同時，因為硬件驅(qū)動的OPC服務器建立在上位機中，所以上層應用與OPC服務器之間的數(shù)據(jù)交換是應用程序間的數(shù)據(jù)交換關(guān)系,不需要包含各自的設備驅(qū)動程序，這可以避免多個設備驅(qū)動程序同時訪問可能引起的沖突。 　　此外，硬件驅(qū)動程序封裝成OPC服務器后，相對于底層與硬件設備間的軟件通訊協(xié)議是不可見的，使硬件廠商的技術(shù)得到有效的保護。使用OPC技術(shù)還可使控制系統(tǒng)模塊化，開放性和重用性大為提高。上層應用OPC數(shù)據(jù)客戶端，可以不包含任何通訊接口程序，不必關(guān)心低層硬件的實現(xiàn)，只需遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議，就能夠從不同的硬件廠商提供的OPC數(shù)據(jù)服務器中取得數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活配置的多種系統(tǒng)的真正意義上的集成。 　　以上所述,我們會認為OPC主要解決了底層硬件設備的I/O驅(qū)動的問題,實際上,OPC技術(shù)規(guī)范還解決了大量的應用層之間的數(shù)據(jù)交換,如各子系統(tǒng)EMS,FA和DCS操作站軟件之間數(shù)據(jù)共享,使以上子系統(tǒng)從應用的角度看上去,更象一個智能化的"超級"設備.FMCS正是將EMS,FA和DCS系統(tǒng)當作這樣一個"超級"設備來進行集成的,如圖3 所示. 　　利用ActiveX技術(shù)也是一種系統(tǒng)集成的途徑,這對那些不提供OPC技術(shù)規(guī)范,而僅提供此類接口規(guī)范的設備和系統(tǒng)比較適用. ActiveX是OLE在Internet上的擴展, 它的出現(xiàn)使OLE技術(shù)得以進入Internet和Intranet. ActiveX的技術(shù)包括文檔,控件,COM/DCOM組件,超級鏈接,服務器擴展以及腳本語言等.ActiveX控件可以在非網(wǎng)絡應用中使用,還可以嵌入到基于Web頁的網(wǎng)絡應用中.通過在HTML文件中激活一個非HTML文件,可以訪問諸如WORD,EXCEL等文檔.服務器擴展使用DLL（動態(tài)鏈接庫）實現(xiàn)并提供某些Http服務器沒有提供的功能,如數(shù)據(jù)庫的鏈接等. 　　OPC Server和ActiveX技術(shù)同屬于OLE（對象鏈接和嵌入技術(shù)）技術(shù),其基礎(chǔ)都是COM.COM（Component Object Model）為OLE規(guī)范了編程模型和二進制標準,定義并實現(xiàn)了軟部件機制,并將這種軟部件統(tǒng)稱為"對象",這種"對象"很像C++的類,也支持封裝,具有多態(tài)性和可重用性,它包含兩種成員,即屬性和方法.但是作為二進制象,COM關(guān)心的是與其他對象的接口,不關(guān)心如何與外部交互. COM不是一種編程語言,它是一種能使軟部件作為對象進行相互作用的二進制標準. DCOM是COM在網(wǎng)絡上的延伸和擴展. 4 結(jié)論 　　FMCS 系統(tǒng)信息集成應用模型的設計應完全企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet之上，通過Web服務器和瀏覽器技術(shù)來實現(xiàn)整個網(wǎng)絡上的信息交互、綜合與共享，實現(xiàn)統(tǒng)一的人機介面和跨平臺的數(shù)據(jù)庫訪問。因此可以真正做到局域網(wǎng)和遠程信息的時實監(jiān)控，數(shù)據(jù)資源的綜合共享，以及全局事件快速的處理和一體化的科學管理。 參考文獻： 　　[1] 陸傳良 智能化建筑導論 中國建筑工業(yè)出版社 1996，6 　　[2] 刑建春，等 工業(yè)控制軟件互操作標準OPC綜述[J] 工業(yè)控制計算機 2001，1