摘 要：本文主要介紹了運用PROFIBUS現場總線技術構建企業的控制網絡，實現數據采集與遠程監控;并運用OPC接口技術實現總線控制網絡和管理信息網絡的無縫連接，提高了企業的綜合自動化水平，管理水平。

關鍵詞：PROFIBUS總線、OPC規范、控制網絡、綜合自動化、監控系統

0、前言

　　現場總線技術是20世紀90年代迅速發展起來的一種用于各種現場自動化設備與其控制系統的網絡通信技術，是一種用于各種現場儀表（包括變送器、執行器、記錄儀、單回路調節器、可編程序控制器、流程分析器等）與基于計算機的控制系統之間進行的數據通信系統。PROFIBUS現場總線是用于一定數目的區域和單元級設備聯網的國際標準，主要用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。

　　綜合自動化是現代工業自動化的發展方向,在完整的企業網構架中,現場總線控制網絡模型應涉及從底層現場設備網絡到上層信息網絡的數據傳輸過程。網絡是企業綜合自動化的基礎,在整個企業的網絡體系結構中,現場總線處于基礎地位,因此構建完整的現場總線控制網絡模型具有重要的意義。這種模型延伸到控制領域的最高層,即管理決策層,因此要求控制網絡和信息網絡緊密結合,保證從底層現場設備到頂層生產管理之間,正確的數據傳輸和數據轉發。OPC規范以OLE/DCOM為技術基礎，而OLE/DCOM支持TCP/IP等網絡協議，因此可以將各個子系統從物理上分開，分布于網絡的不同節點上。OPC標準保證了自動化系統之間及商業系統之間可以經過工廠來共享信息和相互操作，因此采用OPC接口技術可以使控制網絡與管理信息網絡實現無縫聯接。

1、系統設計需求與任務

　　為了與國際接軌，實現企業的信息化、現代化要求。廣東某堿廠擬建成完善的企業管理、生產過程監控的信息網絡系統，利用先進的技術實現網絡互聯，建成一個適合現代化辦公及工業過程控制的網絡系統，與此同時，使其與廣域網的互聯，實現信息的充分共享和信息發送的安全機制。系統將廠區6個生產車間近856個溫度、壓力和液面等測試點及報警點在中央控制室全集中監控，并將現場設備的實時數據發布到公司網頁，用戶可在瀏覽器上進行瀏覽訪問，實現對各類信息數據的共享。要求控制網絡具有很高的實時性、可靠性、數據完整性和可用性，各控制分站可以實現對現場級工業設備進行安全可靠的監視控制，并具有友好美觀的人機界面，能夠動態顯示工藝流程，并且參數設置簡單，歷史、實時趨勢曲線查詢、報警及報表自動打印等功能。

2、系統的設計

　　數據采集與遠程監控系統是利用S7-300系列的CPU315-2DP可編程序控制器及PROFIBUS-DP通信模塊、擴展I/O 模塊等通過PROFIBUS現場總線互聯構成。各控制分站數據采集、監測系統綜合布線以PROFIBUS-DP為主架結構，在6個車間根據輸入點的不同，用14個S-300的PLC及I/O擴展模塊連接工業現場的傳感器;控制分站把PLC采集到的現場實時數據利用PROFIBUS總線送到主控制室的主檢測計算機上顯示。并結合資源信息共享的要求，利用PROFIBUS總線和INTERNET技術建成完善的企業管理、生產過程監控的信息網絡系統，實現控制網絡與信息網絡的緊密集成。控制網絡通過實時數據庫和OPC接口技術實現與信息網絡的互聯，建立企業綜合實時信息庫，為企業的優化控制、調度決策提供依據。

　　廣東某堿廠數據采集與遠程監控系統主要由分布式I/O數據采集、主站監控、遠程監控、公司內局域網、過程控制，網絡綜合布線等子系統組成。

　　系統結構與配置如下所示：

圖1.系統框圖

　　2.1數據采集與監控系統

　　根據廣東某堿廠數據采集與遠程監控系統的特點，采用西門子公司的全集成自動化產品構成。采用S7-300系列的CPU315-2DP及PROFIBUS-DP通信模塊、擴展I/O 模塊SIMATIC ET200M等構成數據采集系統，通過PROFIBUS總線集成;經多方考慮，該方案具有較高的性能價格比。在傳統的工廠自動化中，輸入/輸出設備連接到一個集中的機架，在設備改變和系統擴展時,導致接線工作量大，成本高，柔性度低;系統應用SIMATIC ET200分布式I/O通過開放的、標準化的現場總線系統來連接部件，是解決這些問題的最佳方案。控制分站人機界面采用西門子全集成的PROTOOL組態軟件，開發出友好美觀的人機界面，能夠動態顯示工藝流程，并且使其參數設置簡單，歷史、實時趨勢曲線查詢、報警及報表自動打印等功能;現場執行級設備由PLC集中控制，并采用自適應、模糊、智能PID等控制算法編程，使其控制安全可靠，實現單元級設備的優化控制，能夠滿足現場設備的各種控制要求。

圖2.現場PROTOOL人機界面

　　2.2中央實時監控層（調度中心）

　　主控制室采用WINCC作為上位監控軟件，WINCC是在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的中性系統。該軟件具有使用簡單、組態方便、性能可靠、功能齊全等特點;它有大量的通訊接口，可以和各種智能設備相互通訊。基于西門子全集成自動化技術，WINCC通過SIMATIC S7協議集可以和SIMATIC S7設備進行各種協議的通訊。WINCC在系統中承擔了數據管理、工廠數據采集、報警、趨勢、數據記錄及中文報表等工作。操作員通過操作終端詳細了解全廠生產運行情況，實時監控現場設備，實現全廠自動化控制。

　　WINCC組態軟件根據系統要求，實時顯示各設備的運行狀態，并具有良好的用戶界面。部分人機界面如下所示：

圖3.中心WINCC人機界面

3、控制網絡與信息網絡的連接

　　傳統的實時監控系統作為支撐現代工業生產和社會生活的基礎設施，得到了廣泛的應用和發展。但過去，動用了當時最好的技術和最好的人才，可以開發出好的實時監控系統，但由于系統不具備開放性，各個部分的聯系過于緊密，使系統過于復雜。這樣系統的更新、擴展、升級變得非常困難。傳統的實時監控系統開發中出現的另一個主要問題是軟件的重復開發，軟件不能夠重用，資源不能共享，造成大量人力與物力資源的浪費?，F在OPC標準已經成為工業界系統互聯的缺省方案，保證了自動化系統之間及商業系統之間可以經過工廠來共享信息和相互操作。OPC規范基于OLE/COM技術，同時OLE/COM的擴展遠程OLE自動化與DCOM技術支持TCP/IP等多種網絡協議，因此可以將OPC客戶、服務器在物理上分開，分布于網絡不同節點上。下圖中OPC的客戶/服務器關系圖描述了OPC在SCADA系統的應用。

　　企業信息化、辦公自動化主要通過INTERNET技術和WEB技術實現，把信息發布到網上，通過網頁方式來瀏覽，達到資源共享。實現WEB頁面更新的方式主要有兩種：一是通過ActiveX技術，另一是通過動態頁面技術。ActiveX技術是通過下載ActiveX控件來實現與網上信息的動態更新和交互，實現的信息表示和交互方式也更為靈活，并有豐富的開發工具支持，但對客戶機的性能要求較高。動態頁面技術則通過CGI、ASP編程或嵌入各種Script語言來實現，現在比較流行的是ASP網頁技術。為了實現控制網絡的信息資源在信息網絡上共享，可以通過網頁嵌入JAVA腳本程序，訪問OPC服務器的實時數據，使實時數據在網頁上動態刷新;訪問實時數據庫，在網頁上查看歷史趨勢圖。

　　WINCC服務器在系統中即作為中心監控平臺，又作為OPC服務器。允許與其它具有OPC客戶機接口的應用程序進行數據交換。網頁服務器（WEB、郵件服務器）通過OPC通訊接口程序和OPC服務器（WINCC服務器）通訊，就可以在公司網頁上顯示實時數據。通過網頁瀏覽實時數據如圖所示

圖4.信息網絡網頁瀏覽

　　通過控制網絡與信息網絡的結合,可以建立統一的分布式數據庫,保證所有數據的完整性和互操作性;現場設備與信息網絡實時通信,使用戶通過信息網絡中標準的圖形界面隨時隨地了解生產情況;控制網絡和信息網絡的緊密集成也便于實現遠程監控、診斷和維護功能。為后期建立完整、高效、實用方便的ERP管理系統及生產綜合控制提供硬件平臺，真正實現辦公、過程控制的全集成自動化。

4、結論

　　本系統數據采集量大，控制分站多，系統可靠性高，并通過PROFIBUS總線和OPC接口技術基本建成了適合現代化辦公及工業過程控制的網絡系統，實現信息化、辦公自動化達到資源共享,能夠可靠安全的運行，基本達到設計要求。

參考文獻

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