广东工业大学自动化学院 程良伦 周晓辉 何小敏
摘 要(Abstract) 本文以基于企业信息化网络为基础的工厂管控一体化的控制网络为背景，介绍了广东南方制碱有限公司的企业网络及基于网络的生产过程监控系统。该系统采用三层网络结构，通过Profibus总线连接所有受控制的车间。从目前运行的效果看，完成了系统的网络控制，实现了管控一体化。
引言
广东南方制碱有限公司是由广州市国有控股大中型化工企业,是长江以南唯一一家年产超20万吨的大中型纯碱生产企业,生产规模位列全国十大纯碱生产企业之一,亦是全国唯一一家盐碱合一的生产企业,由于区域布局优势、资源优势、地缘优势,具有较强的市场竞争力。
目前，企业信息化过于形式化，企业信息化的进一步深入受到严重挑战，为了进一步推动企业信息化，笔者提出信息化的出路在于管控一体化。为此，建立了广东南方制碱有限公司的基于Profibus的远程监控过程自动化网络系统，并与信息网络实现了集成，实现了管控一体化及生产过程的远程监控。
2 系统要求
广东南方制碱有限公司控制网络系统将厂区6个生产车间共14个监测控制点进行组网。近2000个温度、压力、流量和液面的模拟量及各种执行结构的开关量及模拟量等测控点在生产调度中全集中监控;并将监测结果送中央控制室主计算机。
控制站分配如下:
石灰车间: 石灰站
重碱车间: 碳化站，蒸吸站
煅烧车间: 煅烧站
压缩车间: 压缩站，盐水站
热电车间: 1＃锅炉站，2＃锅炉站，3＃锅炉站，1＃汽机站，2＃汽机站
盐硝车间: 制盐站，提硝站，冷冻站
各个控制站要求采取分布式I/O方式进行设计，减少系统的线缆的敷设，减少系统故障的发生，易于检修和维护。主控制器能够独立监测所属车间的现场设备，仪表的实际参数值，同时又可以自动独立地对设备进行控制。
在每个现场控制器上联机的工业计算机可以就地显示所在车间的生产工艺、仪表参数、设备状态等工况，还可以由现场操作员进行手动，自动控制，可以进行声光报警。
系统设计与实现
根据上述要求在选择控制网络的结构时，着重研究了目前流行的DCS和FCS的优、缺点，从实现的可能性、性能价格比、维护的方便程度、系统扩容性等众多方面考查，最后选定FCS，以Profibus为基础，用SIEMENS的S7-300系列组成分布式监控网络。
3.1 系统网络结构
在各车间的控制点设置控制网络的从工作站，分别配置工控机，S7-300系列PLC的CPU315-2DP，及I/O接口模块。用Profibus总线连接各从站到控制中心，在控制中心设置监控服务器作为控制网络的主工作站。其网络结构如图1所示。
 FCS控制系统网络结构
3.2 系统组成
(1) 企业局域网
应用Web技术，建造广东南方制碱有限公司WWW主页(www.nfsoda.com)，实现:
a) 信息发布。通过Web服务器向外界发布信息;
b) 内部信息交流。内部文件、通知、电话簿、通信录和新闻等;
c) 工作流处理平台。日程安排、资源预定和协同工作;
d) 电子邮件;
e) BBS技术论坛;
f) 电子商务。
广东南方制碱有限公司网络系统应满足C/S应用、基于Web的B/S应用。该局域网应该是一个Intranet. 连接监控网络的企业局域网服务器可带124个终端，实现企业与世界的连接。
(2) 数据采集监控系统设计
根据广东南方制碱有限公司数据采集监控系统的特点，拟采用西门子公司的全集成自动化产品构成。用西门子全集成自动化产品利用S-300系列的CPU315－2DP及Profibus-DP通信模块、扩展I/O 模块等构成数据采集子系统，通过Profibus总线集成系统;通过Win CC的控制中心连接到internet，Win CC的生产过程数据，通过我们自主开发的信息化系统公共服务平台，以B/S方式传输至公司的主页上。这样所有网络工作站都可以浏览生产过程实时数据。
a) 基于Win CC的服务器作为主工作站
在生产调度控制中心设置基于Win CC的服务器，将Profibus总线与工业以太网实现连接，用Win CC组态所有从站的工业流程，可以监控所有车间的实时生产数据。
基于Win CC的服务器直接连接公司级的信息资源服务器，通过我们自行开发的数据交换平台，以B/S方式在信息资源服务器发布实时生产数据，通过网络可以象调度中心一样实现远程访问与监控。
中央控制室的主计算机上运行的监控软件可以显示全厂的生产工艺图，动态显示所有设备，仪表的状态及参数等生产流程的监控。对重要参数的进行趋势图跟踪，系统报警等。通过该系统也可以进行现场的设备的控制及对有关的参数进行修改。实现企业生产过程地集中调度。
本系统可以对化工生产过程中的压力、温度、液位等进行模拟显示、报警。对阀门、风机、泵等实现运行状态显示及故障报警，监视屏上的流程图是根据真实的生产过程而设计的，给操作人员待来极大的方便。
b) SIEMENS S7-300 PLC作为从工作站
SIMATIC S7-300的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-300具有极高的性能/价格比。
由于系统检测的点数太多，从站使用工控机连接S7-300 PLC及分布式I/0 ET200M组成。工控机用PROTOOL组态生产过程控制，操作人员可以实现就地控制。
c) PROFIBUS现场总线实现主、从站的连接
用Profibus连接所有的从工作站，总线总长度为2878m，在两段较长的从站之间设置分别设置了两个总线RS 485中继器。由于厂区环境恶劣(地表严重盐碱污染)，采用架空走线方式，并用复合PVC管保护。所有的总线，屏蔽层连接在一起，在一端防雷接地。
(3) 企业信息化交换平台
在信息化企业中，存在多种数据源。如ERP数据，财务、仓库管理数据等，根据目前我国的信息技术与工业自动化的现状及技术基础水平，我们为信息化企业开发了该平台，完成了:
开发出一个具有自主版权的、商品化的、面向大规模数据查询和处理的内嵌式数据库管理系统。该系统能在包括DOS、Windows、UNIX、Linux和内嵌式操作系统等多种平台下运行。该系统应具有占用资源少，运行效率高，逻辑查询速度快等特点。该系统的成功研制可以解决许多“应用数据库但不是数据库应用”的问题，并具有很好的应用和商业前景。同时实时数据库的商品化可以弥补我国系统软件方面的不足，促成系统软件国产化这一目标的实现。
主要研究内容包括:
·ERP、CRM、SCM的项目与过程管理系统公共数据接口;
·CAD、CAE、CAPP、CAM产品数据管理系统数据交换中间件;
·办公自动化和决策支持系统服务平台;
·企业间协同和可视化工具接口;
·知识库模型的续效分析模型、决策模型、企业协同模型、可视化模型、IPPR模型、网络模型的模型库交换件;
·基于C/S计算模型和并行算法的数据库引擎，实现对超大规模数据库的快速查询和处理，尤其是当大量用户同时进入系统时的快速响应问题;
·高效的命令和结果Cache(缓冲)算法;
·实现数据库语言与宿主语言的无缝耦合;
·提供API函数库，提供调试和开发环境;
·多种操作系统下的实现技术(Linux和内嵌式操作系统);
·实现基于实时分布式数据库的Internet查询中间件。
该平台解决了企业数据的“孤岛”现象，真正实现了信息化集成。
3.3工业过程监控
利用Win CC及监控中心工业主计算机组成生产流程监控，可以对化工生产过程中的压力、温度、流量、液位进行显示，报警。对阀门、风机、泵的运行显示及故障报警。由于监视屏上的流程图是根据生产流程而画出的，可以使操作人员一目了然，给维护人员也带来了方便。
系统设计中采用了两级监控软件及Win CC。Win CC软件适于监控级应用，设置在控制中心。Protool用于现场级，设置在各个控制站点。
部分操作界面如图2所示。
(1) 软件性能
软件分项目、画面、窗口和目标四级管理;项目数无限制，每个项目最多可有1000个画面;每个画面最多可包括:100个窗口，256个动态目标，256个可控目标，16个历史操作图，16个当前趋势图，16个报警窗口;
 生产过程流程图
支持标记、处方、面板、符号等监控特性;支持9种报警类型;
自定义软件扫描周期，我们设置最短为50ms。
(2) 系统集成与调试
在实验室完成所有站点的组态后，安装好控制柜，实现部分功能的调试，经过多次修改后，再去现场安装调试。在调试过程中也遇到了一些问题，主要是对于每个CPU最多只能带2个ET200(理论上可以带3个)，设计时在几个控制点较多的站，都设置了3个ET200，导致调试时经常出现系统不稳定，后来减少ET200的数量后，系统工作正常。
由于是化工企业，根据行业的特性，要求系统具有较高的可靠性和稳定性。在总线结构上我们采用了各个控制站点之间的隔离，解决了总线的脆弱性，充分保证各个站点的相互独立性，以提高系统的可靠性。
结束语
上述系统设计的站点之多，Profibus总线之长，用于化工企业(实现模拟量的监控，比其他行业都要复杂些)，实现实时监控在国内并不多见。本文的主要贡献在于建设基于Profibus总线的控制网络，并与IT网络实现资源共享，无缝链接。经近一年的使用，效果良好，达到了设计要求，大大提高了该企业的信息化水平和管理水平。
参考文献
[1] 周 明.现场总线控制[M]. 北京:中国电力出版社，2002.
[2] 邓则名,邝穗芳,程良伦. 电器与可编程控制器的应用技术[M]. 北京:机械工业出版社，2002.
作者简介
程良伦 男 博士/教授 主要研究方向为网络与信息化控制、流程工业集成自动化系统、嵌入式智能系统与总线集成。
摘自 中国自动化网
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