摘 要： 介紹了以羅克韋爾的DeviceNet現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的條件下，利用FactoryTalk View套件部署相應(yīng)類型監(jiān)控、管理系統(tǒng)，并介紹了整個部署的流程。同時給出了實現(xiàn)遠程診斷的解決方案。
關(guān)鍵詞： 部署；總線；診斷；遠程
0 引言
DeviceNet是羅克韋爾公司推出的第五代現(xiàn)場總線標準之一，第五代現(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性、分散性、擴展性等諸多優(yōu)點[1]，受到了眾多設(shè)備廠商的青睞。對于應(yīng)用企業(yè)而言，分散性最直接的好處就是風險分散，不會因為一個設(shè)備的損毀導致整個系統(tǒng)的損壞。擴展性意味著給企業(yè)設(shè)備的日后升級帶來了極大的便利。通信標準的開放性意味著有眾多終端設(shè)備可供選擇，設(shè)備價格也必然實惠。
企業(yè)在享受諸多優(yōu)點的同時也面臨一個重要的問題，就是整個工業(yè)控制系統(tǒng)的運行維護。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)是由眾多分散的終端構(gòu)成的，即便一個很小的系統(tǒng)也是由幾十個甚至幾百個終端構(gòu)成的。如何有效地管理、監(jiān)控這些終端，以及故障發(fā)生時如何快速地鎖定故障源，將是企業(yè)必須解決的一個問題。羅克韋爾的FactoryTalk View Studio開發(fā)套件將有效解決上述問題，它采用一種直觀的方法管理系統(tǒng)、維護系統(tǒng)。下面介紹FactoryTalk View的系統(tǒng)架構(gòu)，以及如何部署該管理系統(tǒng)。如圖1所示，F(xiàn)actoryTalk View管理系統(tǒng)可分為網(wǎng)絡(luò)版、單機版、機器版。
下面分別介紹網(wǎng)絡(luò)版、本地版的特點，以及分別適合部署什么類型的系統(tǒng)。
1 網(wǎng)絡(luò)版
該版本適合N+N的結(jié)構(gòu)，第一個N指的是N個人機接口服務(wù)器（HMI Sever），其主要功能是作為圖形服務(wù)。第二個N指的是數(shù)據(jù)服務(wù)器，通常用于與現(xiàn)場設(shè)備的通信，其通信一般采用兩種方式：一種是Rslinx Enterprise；另一種是過程控制（OPC）通信方式。網(wǎng)絡(luò)版較為適合分散式的系統(tǒng)部署，一般用于大型工礦企業(yè)。為了更好地說明問題，這里給出一個簡單的例子：一個汽車廠可以劃分為幾個區(qū)域，沖壓裝配區(qū)域、主體車間區(qū)域、噴涂車間區(qū)域、發(fā)動機區(qū)域、傳輸區(qū)域。在這種情況之下較為適合采用網(wǎng)絡(luò)部署的方式，它可以讓整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，工作效率最高。
應(yīng)用FactoryTalk View部署網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)，一般需要創(chuàng)建域、HMI服務(wù)器創(chuàng)建、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠程通信幾個步驟。
1.1 創(chuàng)建域
讓每個域?qū)?yīng)一個工廠區(qū)域，這樣每個域就可以管理一個固定的過程控制區(qū)，下面以一個汽車裝配廠為例來創(chuàng)建區(qū)域分布。創(chuàng)建A area對應(yīng)沖壓裝配區(qū)、B area對應(yīng)主體車間區(qū)、C area對應(yīng)噴涂車間區(qū)等，如圖2所示。
1.2 HMI服務(wù)器創(chuàng)建
在每個域中可以創(chuàng)建一個HMI服務(wù)器以及多個數(shù)據(jù)服務(wù)器，HMI服務(wù)器的創(chuàng)建如圖3所示。
HMI服務(wù)器提供圖形服務(wù)，圖形開發(fā)工作也主要集中在HMI服務(wù)器上，該服務(wù)器提供以下幾個主要功能。
1.2.1 標簽管理
標簽是所有開發(fā)的基礎(chǔ)，HMI從Data Sever獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)以后以標簽的形式實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與標簽的一一對應(yīng)關(guān)系，圖形的相應(yīng)動作也是根據(jù)標簽值來實現(xiàn)的。標簽的創(chuàng)建如圖4所示。
在圖4中創(chuàng)建了標簽Light，它與可編程邏輯器件（PLC）中的繼電器模塊的某一位（例如：A1：0/1）相對應(yīng)，Light與圖形畫面相關(guān)聯(lián)，畫面中的小燈的顏色將由Light反映，當Light=1時小燈為紅，當Light=0時小燈變綠。Light與A1：0/1是相對應(yīng)的，這樣操作員只需要在值班室就可以完全知道全廠設(shè)備的工作狀態(tài)。當錯誤狀態(tài)發(fā)生時，值班室的聲光報警系統(tǒng)將啟動，操作員可以準確地發(fā)現(xiàn)故障源以及發(fā)生的位置，使其在故障處理時成為依據(jù)。
1.2.2 圖形編輯
圖形編輯界面是實現(xiàn)圖形繪制的部分，上面所說的小燈的外形以及顏色就在該區(qū)域進行繪制。一般圖形界面所繪制的圖形是廠區(qū)布局、狀態(tài)的直接反映，完全可以在電腦上繪制一個虛擬工廠，這個工廠就是現(xiàn)實工廠的實時反映。
圖5就是某工廠車間的虛擬界面，這個界面完全對應(yīng)真實的生產(chǎn)狀態(tài)。通過這樣的方式，一個操作員、一臺電腦就可以管理這個廠區(qū)，以這種方式工作必將大大節(jié)省人力物力。
1.2.3 標簽報警
標簽報警是標簽數(shù)據(jù)異常的反映，當標簽值超過了指定閾值時報警將發(fā)生，并將異常值寫入故障數(shù)據(jù)庫，趨勢圖將根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)繪制故障趨勢，通過趨勢圖生產(chǎn)管理者就可以得出一些結(jié)論，例如：通過溫度趨勢圖，管理者就可以發(fā)現(xiàn)什么溫度容易導致設(shè)備故障，或者生產(chǎn)效能低下，這樣便可以指導將來的設(shè)備改造。圖6是標簽報警設(shè)置界面。
1.2.4 衍生標簽
有時狀態(tài)信息并不是某一標簽的直接反映，而是多個標簽的某種邏輯關(guān)系，這樣衍生標簽將是一種有效的處理方法。通過衍生標簽就可以邏輯編程的方式實現(xiàn)所需的邏輯關(guān)系。圖7為衍生標簽界面。
1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)器
上面介紹了一些HMI服務(wù)器的有關(guān)內(nèi)容，其大部分內(nèi)容都與標簽有關(guān)。但是如何從現(xiàn)場設(shè)備獲取標簽數(shù)據(jù)呢？數(shù)據(jù)服務(wù)器是數(shù)據(jù)源的提供者，本文介紹的現(xiàn)場設(shè)備使用的是DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)，現(xiàn)場PLC通過掃描模塊不斷掃描現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，然后數(shù)據(jù)庫通過OPC服務(wù)器或者Rslinx Enterprise服務(wù)器獲取PLC提供的數(shù)據(jù)，最終形成了圖8所示的結(jié)構(gòu)。
圖8中OPC服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用的是OPC的通信方式。下面簡要介紹OPC。OPC是用于過程控制的一個工業(yè)標準，它是包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁[2]。在過去，為了存取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，且產(chǎn)品不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負擔。通常這樣也不能滿足工作的實際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序。因此，OPC標準應(yīng)運而生。
建立OPC的通信需要兩個步驟，首先在FactoryTalk View中需要選擇OPC通信協(xié)議，如圖9所示；其次建立OPC Server服務(wù)器。OPC Server通過羅克韋爾Rslinx建立，Rslinx是羅克韋爾開發(fā)的設(shè)備網(wǎng)關(guān)，通過它可以與羅克韋爾的硬件產(chǎn)品進行通信，其如何與硬件通信并不需要關(guān)心，Rslinx中已經(jīng)完成了這個過程，只需要通過相關(guān)的組態(tài)軟件，便可完成硬件系統(tǒng)的組態(tài)工作。
圖10是OPC服務(wù)器的創(chuàng)建界面，OPC服務(wù)器創(chuàng)建以后就可以在FactorYtalk中看到新建的服務(wù)器，選擇它就可實現(xiàn)OPC通信。
1.4 遠程通信
遠程通信的方案很多，本文介紹一種經(jīng)濟實惠的通信方案。傳統(tǒng)的通信方案需要租賃固定的IP，這樣必將增加維護成本。利用虛擬網(wǎng)絡(luò)隧道（VPN）的方式可以免除固定IP的租賃，并且VPN采用了諸多有效的加密協(xié)議，可以很好地保證通信的安全性[3]。VPN網(wǎng)絡(luò)的組建也不復雜，只需要購買兩個VPN路由，在路由器的管理界面選用一種適合自己的VPN協(xié)議便可。具體的操作過程需要參看VPN路由的手冊。網(wǎng)絡(luò)組建以后便可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩端的設(shè)備成為同一局域網(wǎng)，最終可以利用FactoryTalk軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署。這樣北京總部即可實時監(jiān)控廣州工廠設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，北京的技術(shù)部也可以高效快捷地處理廣州工廠中的設(shè)備故障。
至此，已經(jīng)介紹了整個遠程故障診斷系統(tǒng)的部署流程。通過這個系統(tǒng)可以有效地實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)控、管理，利用VPN網(wǎng)絡(luò)工程師可以在世界上的任何一個地方接入系統(tǒng)，隨時為廠區(qū)設(shè)備提供技術(shù)支持。這種技術(shù)在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而國內(nèi)卻剛剛起步，如果這種技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，勢必對國內(nèi)的生產(chǎn)帶來深遠的意義。
2 本地版
本地版和網(wǎng)絡(luò)版的區(qū)別不是太大，唯一的區(qū)別是，本地版不能建立域的概念，準確地說是只能建立一個域，只能實現(xiàn)1+N的結(jié)構(gòu)——一個HMI服務(wù)器，N個數(shù)據(jù)服務(wù)器。這種架構(gòu)適合規(guī)模不是太大，也沒有太多的區(qū)域劃分的工廠，只通過一個域來進行統(tǒng)一管理。其他部分，本地版部署的技術(shù)細節(jié)與網(wǎng)絡(luò)版一致[4]。下面簡單介紹一下云南天文臺一米紅外太陽塔的系統(tǒng)部署，其所采用的就是本地部署的方案，如圖11所示。
從圖11可以看出，該系統(tǒng)的HMI和Data服務(wù)器是在一臺計算機上的SLC500處理器，通過現(xiàn)場總線掃描每個子站以及子站下面掛設(shè)的終端信息，最終通過OPC提交給Data Sever，HMI Sever再從Data Sever獲取數(shù)據(jù)信息進行數(shù)字化圖形顯示。最后客戶端再在局域網(wǎng)內(nèi)與HMI Sever交互，最終操作員、工程師可以獲取現(xiàn)場設(shè)備信息，如再增加VPN通信，便可順利地實現(xiàn)遠程通信、診斷、監(jiān)控。
3 結(jié)論
本文旨在通過研究給工礦企業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計提供一些有用的建議，同時也為推動我國的電氣自動發(fā)展貢獻一些微薄的力量。
參考文獻
[1] 錢曉龍，李曉理.SLC500控制系統(tǒng)與PanelView訓練課程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.
[2] 錢曉龍.NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.
[3] 王春海.VPN網(wǎng)絡(luò)組建案例實錄[M].北京：科學出版社，2011.
[4] 羅克韋爾.FactoryTalk View SE用戶手冊[Z].2011.