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Web SCADA与管控一体化(转载)

发布时间:2007-1-9 下午1:44

作者: PLC爱好者

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本文作者王瑞华女士,大连爱克新仪器有限公司技术总监。
  
  关键词:互联网仪器 管控一体化 Web SCADA
  
  管控一体化技术是近年来自动控制领域出现的高新技术,它是自动控制、计算机、网络通信各领域内最新技术成果的体现,它可以组成双向、串行、数字化的开放式自动控制系统,并且以管理和控制系统总体的低成本和高度集成使企业最终达到提高运作效率、提升市场竞争能力的目的。
  
  只有基于Web的技术才能真正实现管控一体化,它使传统的自动控制系统发生了重大的变化。由于它能把企业从订购、生产过程控制、质量控制到销售管理空前地统一起来,进行及时有效的管理,所以它是企业自动控制的新动向,同时对自动控制产业也会产生革命性的影响。
  
  一 “管控一体化”离企业有多远?
  
  管控一体化是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。但是目前全企业集成系统需要考虑的因素很多。在企业的车间级,存在有各类的PLC、控制程序和DCS、HMI、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。
  
  需要考虑的技术问题主要有:
  
  (1)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。
  
  (2)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。
  
  (3)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。
  
  (4)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。
  
  虽然业内人士已将管控一体化的前景描述得灿烂美好,并且正在强力推出各种新概念和产品,如西门子的Web化的WinCC,Think&Do的E-Control解决方案。但企业如何实施呢?控制产业倡导的内置Web技术新产品无疑是首选,但哪家企业又能放弃现有的控制系统而重新构建?在企业重构Web化的控制系统之前,与原有的PLC/DCS系统能否做到有效连接将是实现管控一体化的关键。
  
  二 Action Web SCADA系统的卓越功能
  
  具有Web功能的SCADA系统,也有人称为第四代SCADA。它集成了Internet、面向对象、DNA神经元等技术内核,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。Web SCADA将会成为众多企业实现管控一体化所选择的第一步。
  
  Action Web SCADA系统,是由美国爱克新仪器(Action Instruments)公司生产的WebView I/O、WVC16等一系列新产品,加上Internet技术、Java技术和Web OPC技术构成。
  
  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,还可以通过传呼、E-mail甚至手机短信实现;(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。
  
  1. Action Web SCADA的软件基础
  
  OPC是Intellution、Fisher-Rosemount等5家公司发起并制定、专为过程控制设计的基于OLE技术的标准。它提供了以一种标准途径从数据源(服务器)提取数据并且传输到应用程序(客户端)的机制,这是一种开放、高效的通信机制。它利用微软公司的COM/DCOM对象模型和ActiveX技术,可以用其他高级语言进行应用软件的开发。OPC规范定义了一个工业标准接口,这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。它具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。
  
  Web OPC是OPC技术的最新发展方向。它为用户提供了更为廉价和方便访问过程数据的方式。这种真正的瘦客户端解决方案可以直接通过普通的Web浏览器(如微软的IE或网景的Navigator)访问数据,不需要安装过程软件或其他客户端软件。有了Web OPC,就可以将过程数据存储在全企业通用数据库中,被有权限的用户和程序访问;可以用HTML页面的制作工具来制作监控画面,Java的动态效果可以对过程进行仿真模拟。与传统的HMI/组态软件所不同的是:它提供了真正透明的I/O层,可以被包括远程在内的普通浏览器所访问,从而提供了远程组态、监控、维护的功能。
  
  近年来,虚拟化也是控制仪表发展的方向。National Instruments(NI)公司是数据采集软件的领先供应商,也是数据采集硬件的最大制造商之一,他们的长期口号是:“软件就是仪表”。在Web SCADA系统中,仪表更成为一个动态化的Web页面,可以方便地以数字、图形、表格等各种形式同时表现出来,还可以进行智能化的分析。
  
  Web技术离不开脚本语言,Web SCADA系统通过脚本语言扩充功能,从而实现复杂的系统要求。脚本语言一开始是以特殊命令的形式出现的, 各种软件通过其特有的命令语言实现附加功能, 随着技术的发展和微软技术在工业界的推广,脚本语言不再只是一个软件概念,它可以集成到智能化仪表中,以实现特定的功能。在有些现场,智能化仪表可以不依赖PC而独立工作。Action Web SCADA系统中的WVC16就是一个内置Web Server的智能化连接器,它可以生成Java脚本语言,具有独立完成通过E-mail进行极限报警等功能。
  
  2. Action Web SCADA系统硬件的特点
  
  (1)WebView I/O的优点
  
  来自美国爱克新仪器的WebView I/O产品提供了传统信号转换器从未有过的功能。WV系列信号转换器比目前市场上绝大多数信号转换器具有更高的输入输出精确度,而且它的稳定性也更好。它的另一个特性是“智能电源”功能,使它在轻负载时能降低输入电源的供给。另外,WV系列产品可以通过标准的浏览器在企业内联网(Intranet)上直接访问传感器的数据。用户也可以在异地通过远程浏览器进行组态、维护和查看过程信号。更进一步的是,当错误发生或超过上下限时,这些模块能发出E-mail电子邮件进行通知。
  
  WebView I/O系列产品最重要的一个优点,是它同时也是独立的信号转换器,不必通过以太网连接也能进行组态和维护。它可以通过DIP开关和按钮进行标定。当用户需要升级到企业控制互联网时,仅需在旁边简单地安装WebView的通信接口WVC16,然后把它连接到以太网,就完成升级可以运行了。
  
  WebView I/O系列产品支持多种信号的输入:交流与直流的电压/电流、热电偶、热电阻、频率、桥路、可变电阻,并且在输入、输出、电源间互相隔离。其优点如下:
  
  极大地提高了输入输出的精确度和可靠性;高稳定性,满量程的100×10-6;有“智能电源”控制的低耗电量;可通过以太网/非以太网连接组态;当连接到企业内部互联网时,可以直接访问传感器的数据;具备远程诊断能力(与WVC16并用时);多途径报警能力,当错误发生时,可用E-mail通知(与WVC16并用时);在非冗余系统中,也能提供低成本的准确性保证。
  
  (2)I/O服务器接口控制模块WVC16的特点
  
  WV系列信号转换器内置红外通信联接器,通过壳体旁边的小孔与接口控制模块进行通信,不需要运行任何程序,WVC16模块会完成所有的连接工作。
  
  每一个控制模块可以支持32个I/O模块。控制器包括Web服务器和E-mail服务器,同时也是以太网的接口。WVC16内设有存储器,可以存储信号转换器的历史数据、Web页面和所有E-mail信息。
  
  WVC16通过一个标准的RJ45接口与10Base-T网络连接。可以通过附带的软件及RS-232口对WVC16分配IP地址。它内置了AM-186微处理器,当断电时数据也会被保存。
  
  WVC16实际上会把一个Java小程序下载到客户机上。这个小程序提供了访问信号转换器的数据,这些数据包含以下信息:模块简要组态信息;模块组态编辑器;诊断/警告状态;报警设定和状态;建立、编辑E-mail和地址簿;过程变化查看。
  

  图1为WVC16远程组态管理界面。
  (3)网络的特点
  
  Action Web SCADA系统网络的特点是可与通用的以太网络产品集成,组网容易,维护成本低。
  
  用以太网取代现场总线是实现管控一体化网络的必经之路。传统PLC/DCS、现场总线等控制方式有如下问题:
  
  传感器数据经由各自的CPU和驱动程序,传输速率低,开发和维护都相当困难;控制器与控制器不能自主通信;所有控制器独立地运行,实现数据交换需要高成本的专用硬件和软件支持;不同的控制系统很难实现数据的共享,更无法实现系统的联动;专用的现场总线设备昂贵,利用率低。
  
  而以太网产品经多年的发展,技术已相当成熟并且费用低廉。用以太网卡、路由器等产品来代替现场总线的通信设备,不仅降低了组网设备的费用,同时也降低了开发、维护和运行成本。同时,管控一体化更使企业内众多的不同控制网络连成一个整体,可以对企业网络设备进行有效的分布,并且共享带宽。
  
  Action Web SCADA系统网络的另一特点是,能够与无线以太网相结合。与兼容TCP/IP协议的无线以太网相连,可以使Action Web SCADA系统能够对多种过程的生产、分配能源等进行管理。无线通信系统主要适用于点分散、距离较远、范围较大的城市集中供热(热网)、供气(煤气、天然气等)、供水及排水(管网、自来水、污水处理等)、供电(电网、变电站等),以及油气田、煤矿的开采、运输和分配;也同样适合于移动目标的数据采集,如焦化厂的推焦车、拦焦车和消火车,港口集装箱搬运机械等。与地理信息系统GIS、全球定位系统GPS相连,可以使Web SCADA系统得到更广泛的应用。
  

  图2为Action Web SCADA系统组网示意图。
  
  三 Action Web SCADA系统的建立及维护
  
  Action Web SCADA为企业建立高度集成的自动化控制和信息网络平台、及时准确地采集和传递各种数据、确保对生产过程的精确控制,提供了完整可靠的解决方案。它是企业实现管控一体化的必由之路,并且因为它既可以建立全新概念的SCADA系统,又可以对现有的PLC/DCS系统进行改造,所以它的应用前景非常广阔。
  
  Action Web SCADA是低成本、高品质的系统,它的建立和维护也相当容易:(1)硬件安装简单,可以用DIN导轨高密集安装;(2)多种途径的组态方式,可以通过以太网/非以太网在现场或远程组态;(3)使用通用以太网设备,安装和维护方便;(4)软件开发工具更简单、广泛,建模容易,最终用户也可以参与更多的设计;(5)统一的各层次通信协议TCP/IP使全局的I/O透明;(6)报警设定更方便、多途径,甚至在远程和异地;(7)既可与原有系统充分地结合,实现平稳的过渡,又提供新功能,可以独立使用。
  
  Action Web 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。
  
  目前,很多企业都在进行内部管理网络、Intranet系统的构建。开放的Action Web SCADA系统已经为企业提供了与管理系统、Intranet系统相连的有效接口。生产与管理的联网,将有效地提高企业的运作效率、降低管理成本,使企业更具竞争力。通过与供货商及合作伙伴联网,实现B to B的电子商务方式,更使企业能及时组织生产、降低库存、回避风险,实现Just-in-time管理。
  
  Web技术在工业控制系统中的广泛应用,使传统的自动控制领域发生了重大变革,也使更多的行业,如计算机、网络、通信等产业巨头参与进来。开放的平台、广泛的技术合作和激烈的竞争,将带来功能更强、价位更低的产品,受益的将是最终用户。
  
  Web技术对自动控制领域技术的影响是空前的,Action Web SCADA系统作为一个技术领先的SCADA系统,将会在石油化工、电力、冶金、交通、楼宇、智能大厦等行业得到更加广泛的应用。
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