工厂信息自动化的解决方案与策略

摘 要：在充分分析过程信息自动化的若干技术问题的技术上，结合盛大橡塑制品厂的具体情况，详细阐述了组建基于Web的SCADA控制网与企业信息网Intranet无缝结合的工厂信息自动化网络的硬件与网络组件，最后对SCADA系统可靠性保证进行了补充。

关键词：Web发布；SCADA；网络；可靠性

1 设计背景和要求

在橡塑制品生产过程中，有一极其关键的工序，即：挤橡和硫化工序，它是将经混橡和混塑未经硫化的橡塑毛料挤制在橡塑制品的加强筋上，然后经平板硫化机经过一定的时间加压、加温硫化，让其紧固粘贴一起，工艺要求其挤制厚度必须在公差范围内，并且严格按照硫化工艺规定施加一定的压强、温度以及时间，否则为废品。橡塑制品生产厂家对此工艺特别重视，但废品率仍然较高，为节能降耗，为盛大橡塑制品厂开发了一套基于管控一体化技术的控制系统，效果较好，为企业实现“工厂信息自动化”奠定了坚实的基础。

2 工厂信息自动化技术若干问题

一个典型的企业网络信息集成系统可以分成三层结构：控制网Infranet、企业内部网 Intranet和全球信息互联网Internet。工厂信息自动化技术主要包括企业管理和监测控制Web SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）技术（即：管控一体化技术）、工业Ethernet技术，如何将这两种技术融合，使通信智能现场设备以及其他信息资源作为企业网络中的节点，使非控制信息(管理信息)大大增加，从而为企业从过程控制走向过程管理，促进了企业网络化进程，也为控制网络与公用数据网络的一体化，实现企业信息流、物流（包括物质和人才）和资金流最优，完美集成“Internet＋Intranet＋Infranet”是工厂信息自动化设计的关键。

2.1 管控一体化技术

在飞速发展的市场经济与信息的今天，企业对信息的需求不断扩大，现代工业企业不仅对生产现场状态的监视和控制，同时还要求把现场信息和管理信息结合起来。管控一体化就是建立全集成的、开放的、全厂综合自动化的信息平台，在企业内部通过网络技术将各个部门的数据形成一个有效的整体。在企业的车间级，存在有各类的监控设备、DCS、组态及监控软件；在企业管理级，有各种管理平台、数据库及管理软件。而构成这些系统的网络和总线结构更是种类繁多，加之不同的工程人员、设计规范、设计标准和版本，想把它们连成一个有效整体实非易事。因此，管控一体化技术需要考虑的技术问题主要有：

Ø 网络的拓扑结构、协议和带宽控制：企业所需要的不仅是将光缆延伸到各个办公室和车间，更重要的是在企业网内各部门的数据流是否能够畅通，能否方便地被共享。

Ø 系统的可靠性、稳定性及冗余：系统的可靠性建立在良好的网络结构、精良的硬件和稳定的软件平台的基础上。系统间各组成部分的协调和适当的冗余才能保证系统的稳定可靠。

Ø 系统的安全性及使用者级别和权限的控制：管控一体化形成后，企业的安全性成为重要的问题，同时难度将增大。日益成熟的防火墙技术将成为控制系统安全性的另一层保障。但也因为管理的高度集中，使全企业的人员可以划分为不同级别和权限的使用群体，对操作进行必要的跟踪。

Ø 数据的开放性及过程I/O信号的透明化：数据的开放性是管控一体化的核心所在。Web技术的渗透使过程I/O信号不再专属于某一个控制系统；虚拟仪器的出现更使多个用户能够不必亲临现场就可以监控多个过程。管控一体化的所有优势都基于数据的开放性。

2.2 工业以太网技术

工业以太网和Internet技术的发展将完全改变传统工业企业的网络架构。工业以太网已经从信息层向下延伸到控制层和设备层。需要注意的是，由于企业的三层网络传输的数据类型和对实时性的要求不同，所以虽然从上到下都是工业以太网，在不同的层之间还需设置路由器或网桥。以太网本质上只是一个物理层标准，就象RS232标准一样。但目前在传输层和网络层基本上已经统一，TCP/IP协议已为多数工业控制器厂家所接受。在应用层的协议上还存在着分歧，目前三个主要的竞争对手是Modbus/TCP（基于TCP/IP的Modbus协议）、EtherNet/IP（基于TCP/IP的ControlNet/DeviceNet）和基于以太网的Profibus协议。Modbus由于它本身是一个开放的协议，为众多的供货商所支持，所以如果说在现场以太网方面存在事实上的标准，则只能是Modbus。但从市场和利益角度考虑，工业以太网在应用层的统一还需要比较长的时间。由于以太网本身的开放性，它允许在同一个网络上运行不同的应用层协议，在许多实际应用中具有明显的无可替代的优势。

2.3 基于Web的SCADA技术

具有Web功能的SCADA系统能使采集和监控的数据得以开放，能被更多的管理系统、控制系统和使用者所访问。具有Web功能的 SCADA将会成为众多企业实现管控一体化所选择的第一步。

Web SCADA系统与传统的SCADA系统相比，具有以下优点：

(1)可以远程访问，使用户虽远离现场，亦可了解现场情况；(2)广泛的技术合作成为可能，多人在多方(甚至在全世界)对同一问题可进行会诊；(3)报警方式的多途径实现，不仅能在SCADA监控系统中显示，还可以通过无线通信实现；(4)一个用户可监控多个过程，多个用户可以监控同一过程，真正实现了数据的开放性及过程信号的透明化；(5)最终用户参与设计，使控制过程更趋于合理，生产工艺得到更完美的体现；(6)仪器虚拟化，操作简单，不仅可以进行现场数据记录，更可以进行智能化分析；(7)多种仪器、多种控制系统的协同工作，使全局自动诊断能力增强；(8)既可在原有的PLC/DCS基础上安装，也可以独立安装，能够实现与原系统的无缝连接。

3 系统实施

为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统，整个计算机管理网络结构采用B/S（Brower/Server）结构、实时数据交换技术――DDE，并嵌入实时数据库技术，实现有效的管控一体化管理。其中工艺控制服务器由实时数据库、操作台浏览器等组成,主要完成生产过程的实时监控功能。除安装常规的Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0外，还安装有生产工艺控制在线实时服务实据库，以备现场智能控制设备实时访问并下载工艺控制参数。生产在线服务器由数据库服务器、办公用户浏览器等组成,主要完成生产过程的实时监视功能和生产数据管理功能，安装有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5以及生产调度控制数据库。车间Web服务器由企业Internet网站和用户浏览器组成,主要完成远程数据交互功能。系统结构框图见图1所示。

为保证现场级工业Ethernet的可靠性，采用了MOXA公司的工业级数据交换器Nswitch F5005。管理网络设计为星型拓扑结构的1000M交换以太网。采用两级交换，主干为千兆光纤，服务器与中心交换机用千兆铜缆连接，二维交换机与集线器，集线器与用户计算机采用超五类双绞线连接，使桌面带宽达100M。厂级管理网络与车间的管理网络通过服务器连接，车间级管理网络通过现场总线与控制层网络连接以实现管控一体化。

总之，基于Web的 SCADA系统实现了信息的可视化和网络的开放性，不仅可以精确完成各种复杂现场的数据采集和监控，还有效地解决了与其他网络通信的难题。它为企业最终实现管控一体化、全企业e化迈出了坚实的一步。

图1：工厂信息自动化体系结构

4 安全可靠措施

4.1 尖峰脉冲的处理

由于再本系统中用到了大型的可控硅，其闭合与断开要产生巨大能量的尖峰脉冲，这一脉冲一旦进入信号系统中，不仅会引起控制系统的误动作，更为甚者，会烧坏控制设备、死锁控制信号输入通道。尤其是对ADAM－5060、ADAM－5068、ADAM－4060等模块影响较大，为了减少其影响，在每个控制模块的输入或输出端加入一阻容保护电路，以吸收其尖峰脉冲。同时信号地和电源地要分开。

4.2 变频器过压的处理

当变频器拖动大惯性的牵引电机时，但变频器输出的速度比较快，而负载靠本身阻力减速比较慢，使负载拖动电动机的转速比变频器输出的频率所对应的转速还要高，电动机处于发电状态，而变频器没有能量回馈单元，因而变频器支流直流回路电压升高，超出保护值，出现过压故障。因此必须增加再生制动单元，否则会干扰电力拖动系统。

5 结束语

企业信息化是我国国民经济信息化的首要任务，而企业信息综合自动化是企业的发展方向。基于Web的SCADA给企业信息化奠定了坚实的基础，有助于实现企业信息流、物流（包括物质和人才）和资金流最优组合。