基于iFIX的水厂信息集成系统

摘 要 本文以扬子水厂企业网设计、实施为背景，讨论了异构系统之间的信息集成，实现管控一体化的一种思路和方法。而这种系统间信息集成正是今后控制系统发展的要求。采用Intellution公司的IFix系列产品，很好的解决了此类需求。 关键词 信息集成 ifix iWeb服务器 DDE 0．引言 所谓异构是指系统中包含了不同的操作系统、控制系统、数据库及应用软件，这种大量存在的相互独立，自成体系的控制系统形成的自动化孤岛，使得系统各个部分间的信息不能自动地交换，难以保证信息间的正确的、高效的共享和交换。所以，异构环境下信息集成要求实现：1）不同通信协议间的共存； 2）不同数据库间的相互访问；3）不同商用软件间必要的接口。即所谓的计算机网络集成、数据库集成、应用集成。对于此类问题，采用的INTELLUTION公司的IFix系列的产品提供了很好的解决方案。 目前，国内企业控制系统发展阶段恰处在由各自独立的车间级控制系统向全企业的MIS系统的转化期。为了逐步实现对扬子水厂有关“人、财、物、产、供、销”等要素的全厂资源管理（ERP），使该厂信息流和物资流有机地集成优化而达到以最低的成本获得最大的经济效益，基于此，我们采用了IFix监控软件加Iweb服务器发布的方案，组建了水厂信息网络系统。 1．水厂工艺流程 扬子水厂的工艺流程如图1所示，该厂的水源位于八卦洲附近，直线距离水厂本部约4.7公里，江水自取水车间抽入流至厂本部。在供水车间先经过一次加药、加氯消毒进入沉淀池，加矾沉淀进入过滤池，之后分为工业用水和生活用水两部分，分别送往厂区使用或生活区饮用。生活用水还要经过二次加氯消毒处理。另外，水厂还自备两个污水处理的净水车间。本次系统建设中，是将取水车间、供水车间、净水二车间（净一车间情况相同，但仍在改造期。）和厂调联网，形成综合采用工业控制技术、数据库技术、网络信息技术，信息表现技术等，建立网络环境下的管控一体化的信息处理系统。 由于车间各自不同的技术特点，先后不同的改造时期，各车间的控制系统大体情况如下：取水车间采用Modicon Compact系列的PLC控制器，通讯协议为Modbus；供水车间中控主体采用研华ADAM-4000系列数据采集模块，其中加矾工段有一个PLC控制器，低硅泵房工段也是ADAM-4000系列数据采集模块。三者之间数据需要交互；净二车间采用Honywell公司的Scan3000 DCS系统。最后，各车间的数据在厂调汇总，实现统一调配、集中监控、实时发布，并在今后准备送往扬子石化公司信息中心。 2．体系结构模型 2.1原理模型 基于此，开发出一种符合需求的生产过程实时信息集成系统---这是基于B/S/C（Browse/Sever/Collection）模型的Web发布应用体系结构。很好解决了与企业Intranet的有效集成。如图2所示： 下面逐一解释： 用户服务层，向用户提供可视界面，用户通过浏览器向数据管理层发出服务请求，获得信息服务。 数据管理层，接受用户服务层的请求，向用户服务层返回结果；向数据采集层发出请求，接受返回结果，并进行加工、处理和维护。 数据采集层，与各装置的控制系统互联，进行数据采集；向数据管理层发送数据。 而采用Intellution公司的IFix系列的产品以此原理为基础，提供了企业很好的解决方案。下面详细介绍。 2.2实际网络结构 按照上面的原理模型组建的水厂信息系统的网络结构,网络结构采用星型。如图3所示： 其中的技术方案及技术关键包括： 1）根据水厂各车间物理位置分散、距离比较远的特点，局域网内部主干网络采用光缆传输，再通过集线器分配给各用户。 2）网络操作系统软件平台采用WINDOWS 2000 SERVER，数据库采用SQL SERVER，各子系统通讯开发采用高级语言VB。这也是考虑到IFix系列的产品对VBA很好的集成。 3)实现生产调度网络与管理网络的对接通讯。 4)开发生产、调度、计划、设备等子系统，并建立水厂WEB网站和内部邮件系统。这部分由IWEB服务器完成。 3．用户服务层 由于在厂部、取供水的上位机都采用Intellusion公司I Fix的监控软件，所以在WWW服务器上采用IFIX 和Iweb Server软件。Iweb Server软件提供的用户服务层的服务由Active X结合Html实现，将客户端的请求和可视界面封装到Active X控制中，当用户首次访问时，自行下载、注册和运行。通过Iweb Server软件实现局域网用户或远程拨号用户通过WEB浏览器访问现场各种原始数据、实时数据及历史数据画面。 4．数据管理层 4.1基本管理方式 数据服务层实现基本数据处理活动，包括存储、修改、更新以及数据库相关服务。由于企业的生产装置比较分散，数据来源、存储是分布的，数据的处理和去向也是分布的，导致数据服务层的特点是分布式处理。 对于内存数据库，如数据存放于NT服务器。在NT中建立内存数据库，即可以通过NETDDE进行动态数据交换，也可以通过TCP/IP等技术的编程实现。 对于DBMS，如数据存放于ORACLE或SQL SEVER等关系数据库，通过开放的数据库互联接口（ODBC），进行数据访问，也可以通过数据库客户端专用接口进行数据访问。 4.2实际应用 在本项目中，上位机监控软件除了净二车间的Scan3000 DCS外，大都是Fix系列的。这两套软件本身对NETDDE和ODBC都提供了良好的支持，但各自的定义的格式并不相同，所以在相互通讯上不能顺利组态应用。由此，在厂网一级，我们统一采用了由VB编程使用TCP/IP技术中的Socket套接字的解决方案。它又有两类协议可以利用：一种是TCP协议，这需要传送数据前首先建立连接，错误的数据将会自动重发，因而可靠性好，但网络负担较重；另一种是UDP协议，这种用户数据文报协议是一个无连接协议，发送方只负责发送数据，因此不能确保数据传输完全正确，但它占用的网络资源较少。由于数据传输量较少，用户对数据刷新率要求不高，综合考虑下，采用了UDP协议。具体Socket编程结构如图4所示。 所以，取水车间、供水车间和净二车间的上位机之间的相互数据传输以及向厂调的数据传输都采用了这种方式。最后，由厂调的IFix数据库将数据发送至WEB服务器上的SQL SEVER，实现网络实时、历史数据发布。 另在供水车间一级各IFix之间的数据传输都采用IFix内部所支持的NETDDE通讯。格式如下四部分：=\\计算机名\NDDE$|DDEShare.DDE!项。计算机名，是服务器节点的计算机或工作站的名字；NDDE$，是一个保留名，它确定NetDDE用于数据传输；DDEShare，是一个DDEShare名，它将为你配置通信联系的每一个应用程序和主题。这定义的一个别名，当指定地址时确定将该共享名增加到DDE后。项名，它是用于数据传输的独立部分，这取决于服务器应用中保存数据的方式。客户端和服务器端如此设定即可实现相互之间可靠的、安全的数据传输通讯。 5．数据采集层 5.1净二车间Scan3000 DCS系统 霍尼韦尔Scan3000/S9000集散控制系统是由经长期现场运行检验的监控与网络系统软件包。Scan3000系统采用的以太网TCP/IP通讯连接方法，基于Client/Server结构的监控与网络系统集成方案，可根据用户的生产需求非常方便地扩展用户的系统。Scan3000服务器软件运行在Windows NT网络操作系统环境下。Scan3000服务器维护整个系统的实时数据库。这意味着可非常方便地通过网络来监视、控制当前的生产过程并采集历史数据、打印数据报表。 相应的组态内容非常简捷的。程序下装后生成一个过程数据库PDB，从S9000中获取数据。再做好相应的DDE服务器端的配置即可向外传送数据。 5.2供水车间ADAM数采系统 本次采用的ADAM-4000系列模块，这是一种内置微处理器、变送器和计算机接口的智能设备 ,用户可以通过计算机以RS— 485通讯协议 ,发出ASCII码专用命令集对模块进行遥控。模拟量输入模块是ADAM-4017，为毫伏级、伏级电压和电流输入信号；数字量 I/O模块是ADAM-4050，为输入、输出开关量信号；通讯模块是ADAM-4520(RS -232/RS -485转换器 )计算机没有RS-485接口时 ,可用此模块转换。此外，还加了一些ADAM –4510模块，这是RS-485中继器。 在IFix监控软件中对ADAM组态也是比较方便的。主要的内容包括： 1） 通道定义，即定义Ifix的SCADA节点和过程硬件之间的通讯途径，包括网络硬件的波特率和其它的通讯设值。 2） 设备定义，即定义单个设备，所指定的硬件类型和其它设备不同的配置。包括设备名、设备地址、设备型号。 3） Poll（轮询）记录定义，在一个设备的数据块里，定义指定的参数。包括初始地址和数据类型，以及轮询时间和等待时间的定义。 5.3取水车间PLC系统 取水车间上位机采用IFix监控软件，下位机采用Concept的组态软件。通讯协议为Modbus协议。上、下位机数据通讯时，同时设置好通讯用的COM口,并对端口进行参数设置。主要参数如下：Baud Rate(波特率):9600；Date Bits（数据位）:8；Parity（奇偶位）:Even；Stop Bits（停止位）:1。 6．结束语 该信息集成系统结合企业Intranet/Internet建设，改造与发展了原有的生产过程监控系统，并采用了较为先进的网络技术数据采集层针对性强，普遍性和可移植性好，安全可靠；客户端使用方便，交互性好，免维护；通过扩展可以支持ＰＬＣ、智能仪表、现场总线和各种数采系统等设备。整个系统将企业的生产过程与管理紧密地结合起来，初步实现了企业全面生产、控制和管理的自动化，为实现今后水厂的MIS系统打下了坚实的基础。 参考文献 [1]阳宪惠主编《现场总线技术及其应用》 清华大学出版社 1999年6月第一版 [2]Schneider Automation 《Modicon