基于controlnet总线技术实现冷站控制系统集成的软件架构设计

基于controlnet总线技术实现冷站控制系统集成的软件架构设计

1 、引言

cims系统是一个以企业网络为基础把企业经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息统一进行优化处理的系统。文章以某卷烟厂动力车间cims系统改造设计为例，就该冷站cims系统实现的相关技术作了比较深入的讨论。

2 、cims系统集成的实现技术

2.1 opc技术

图1 opc在控制系统中所处位置

2.2 监控组态软件

（1） 数据库资源共享

开放式设计可以很容易地与 microsoft产品共享信息，其实时标签数据库是odbc兼容数据库，可以利用其它数据库工具如：microsoft access、sybase、sql server等浏览并管理标签，实现本地控制单元与上位机之间数据和信息共享，为用户提供更为集中的数据操作环境，实现信息集中管理。

（2） 强大的通信功能

（3） 组态软件在监控系统中的地位

图2 组态软件在scada系统中的地位

查看生产现场的实时数据及流程画面，浏览各实时/历史趋势画面;

自动打印各种实时/历史生产报表;

及时得到各种过程报警和系统报警;

在需要时，可人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态;

与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。

rsview32支持opc技术，是连接控制网络与信息网络的桥梁。通过opc接口，它不仅能连接从现场设备传送来的信息，而且可以与其它应用软件交换数据;通过opc接口，可以实现信息网络与控制网络实时数据库的互联，即实现控制网络与信息网络的集成。

3、 基于controlnet的冷站cims系统

3.1 冷站cims体系构建

为了实现底层控制网络与工厂信息网络的连接，将车间层的现场设备信息及生产过程数据实时传输到工厂管理层，实现控制网络与信息网络的集成，构建了基于controlnet现场总线技术的cims 系统：设计中采用了车间过程监控级、工厂管理级二层网络结构，结构图如图3所示。

3.2 系统软件架构

图3 冷站cims结构示意图

图4 系统软件架构示意图

（1） 如何实现实时数据的采集，将其写入组态软件实时数据库;

（2） 如何实现管理监控机与中间监控上位机间组态软件内部实时数据信息的交换，并实现远程监控。

在冷站控制系统中，监控层组态软件既是opc客户端，又作为opc服务器端。在实现现场设备实时数据的采集时，组态软件作为opc客户端，制冷机可编程控制器plc作为opc服务器。每个opc服务器都被作为一个外部设备，可以进行定义、增加或删除。在系统运行中，opc服务器对下层设备提供接口，使得现场控制层的各种过程信息能够进入opc服务器; rsview32和每个opc服务器建立连接，自动完成和opc服务器之间的数据交换，把各子系统的数据采集到组态软件的实时数据库中。同时，监控层上位机组态软件rsview32又作为opc服务器端，管理层监控软件rsview32作为其opc客户端，通过对客户端与服务器端的通讯配置，实现控制网络与信息网络的数据交换与集成。

4 、冷站控制网络监控操作平台的组态设计

4.1 实现冷站系统的控制功能软件组态设计的主要内容

（1） 人机界面。在人机界面上显示冷站工艺流程图，也即模拟显示现场系统及其环境;显示现场设备操作方式、控制开关及运行状态等;显示系统运行环境和工作的说明信息;显示类似于其它windows应用软件界面弹出式菜单，以便供操作人员调用非主界面信息，如各种现场设备的历史运行曲线图、生产报表、二级显示监控界面和报警记录等。

（3） 报警和事件管理。对现场事故和故障信息予以记录，使相应的报警信息显示到监控界面或传送给其它声、光报警装置，同时也将报警信息传送给相应的控制处理单元;对现场生产事件和操作信息进行记录，以图表形式提供查询系统的运行操作情况。

4.2 创建项目

rsview32组态软件主要包括系统、图形显示、警报、数据记录设置、逻辑和控制等组件，运用这些基本组件可方便地开发出监控系统的上述功能。首先在 rsview32中创建这个项目：某卷烟厂冷站控制系统。先打开rsview32，单击工具栏“文件”菜单里的“新建”按钮，在“创建项目”对话框的“项目名”里填写本项目名称，图5所示，然后单击“打开”，就完成了项目的创建。一旦创建了项目，即可看到项目管理器（project manager），就可以在系统通讯配置后进行图形、报警或趋势等的画面组态。

4.3 通道节点组态

rsview32通过附带的 rslinx与挂接在controlnet上的可编程控制进行通讯，所以在启动rsview32之前要先打开rslinx。启动rsview32后，双击项目编辑器里的“系统”组件，出现通道和节点等编辑器。在通道编辑器里选择节点所连接的网络controlnet。由于本系统采用的可编程控制器是 omronplc、control logix5555，在节点编辑器中：数据源选择“opc服务器”，rsview32通过rslinx与omronplc、 controllogix5555进行通信，各制冷机节点为opc服务器，组态软件则为opc客户端。在节点名中输入自定义的可编程控制器的节点名，冷却塔的节点名为opcnode_cooltower。选中“启用”，单击“接受”保存节点定义，单击“下一个”，然后定义另一个节点，或选择“关闭”命令，退出节点编辑。

标记数据库是由称为标记的记录组成。系统内各部分都可以使用标记值。图形显示使用标记值来控制动画对象或更新趋势图形;警报系统监视标记值并把它们与“可接受”范围进行比较;“数据记录”则存储标记值并创建历史记录。但标记值存储在数值表格里，而不是在数据库里。可通过把标记的数值记录到数据文件里，使标记值永久地记录在磁盘里。要创建一个标记，需要指定它的名字、键入它的数据、以及它的数据源。在标记数据库编辑器里设置单个标记的警报，可以在添加标记时设置，或以后编辑标记时添加这个信息。

标记数据库创建好之后，就可将标记参数与趋势或历史报表建立联系，使系统可以以曲线或表格的形式向用户显示实时数据的变化过程。rsview32的趋势、历史报表都是以标准图形的形式给出的，开发者需要对相应的参数进行设置。趋势中的参数包括时间范围、扫描周期、数值范围、数据源等，历史报表中的参数则包括报表的起始时刻、时间范围、时间间隔、数据源、变量等。

4.5 画面组态

图形编辑器中提供了大量的图形对象，利用这些基本图形对象以及插入外部位图，可以组态设计出冷站控制系统流程图画面和各工况画面，监控主画面是缺省的主画面，需要时可切换到各工况画面。

图5 冷站运行概图

图6 制冷机组内部流程图

rsview32还可以用报警图形对象来组态设备或工艺参数的报警画面，设备的故障报警由自身所带的控制器判断并执行相应保护动作，但其报警信息可通过通信接口上传，显示在设备报警画面上;工艺参数的报警根据数据库组态时设定的报警参数，当有报警发生时，在报警画面上显示报警产生的时间、报警位号、报警类别、报警当前值以及是否被确认等信息，同时发出声音报警，关闭相关设备，用户可以通过确认按钮对当前报警进行确认后，进行故障的排除。

5 、信息网络的组态设计

5.1 opc远程通讯设计

5.2 在主站的操作系统中配置dcom

由于opc是根据microsoft的ole/com和dcom技术要求功能制定的一个开放和互用式的用户界面标准，所以必须先在主站的操作系统中配置dcom（分布式com配置属性），步骤如下：

（1） 在windows2000操作界面上单击“开始”，选“运行”，键入dcomcnfg，然后单击“确定”，进入“分布式com配置属性”，进行“应用程序”的设置;

（2） 进行“默认属性”的设置;

（3） 进行“默认安全机制”的设置。

5.3 服务器和客户端的rsview32通讯设置

在程序rmjyc1运行后，rmjyc1的标记就可读取jyc的标记值，实现远程实时监控。

6、 系统监控软件的操作实现

6.1 现场上位监控程序的操作实现

6.2 远程上位监控程序的操作实现

图7 冷站监控主界面

远程监控机进入 rsview32上位监控平台，打开名为“rmjyc1”的上位监控程序，在项目管理器里，单击选项卡“运行模式”，再单击状态栏“运行项目”，远程监控程序运行后，就按照启动序列的设置，出现主监控界面。由于现场监控程序jyc在启动时就执行了命令rtdataserveron和 rtdatawriteenable，使远程监控程序rmjyc1能实时读取现场监控程序的标记值，并组态成与现场监控程序相同的各级监控界面。若需要进行远程管理，远动的值班人员和现场的值班人员一样，可以通过人工控制冷站运行的相关操作，进入有关操作界面，控制制冷机组的启停，实现远程管理。

7 、结束语

文章基于controlnet总线技术的冷站系统集成设计，构建了冷站的cims系统。在对opc技术和组态软件分析基础上，构建了整个冷站控制系统集成的软件架构，用rsview32组态软件对冷站控制网络和信息网络进行了组态设计，实现了对控制网络与信息网络的集成。

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