物流中心設備SCADA系統研究

李學勇+徐智

摘 要： 為了解決物流中心設備管理與維護無法實時監測的難題，提出建立設備狀態監控的SCADA系統，在此基礎上對倉儲、分揀設備狀態監控進行3D建模，并采用有效的檢測手段和分析診斷技術，及時、準確地掌握設備運行狀態，保證設備的安全、可靠和經濟運行。該系統對于行業內外實施狀態監控具有較強的參考價值。

關鍵詞： 設備管理； SCADA； 狀態監控； 3D建模

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）20?0092?03

Research on SCADA system for equipments in logistics centre

LI Xueyong1， XU Zhi2

（1. Logistics Distribution Center， Hengyang Tobacco Company， Hengyang 421000， China；

2. Logistics Distribution Department， Hunan Tobacco Company， Changsha 410000， China）

Abstract： To solve the problems that the management and maintenance of the facilities in logistics center is difficult to realize real?time monitoring， the SCADA system is proposed in this paper to monitor equipment status. On this basis， 3D modeling is used to monitor the status of storage equipments and sorting equipments， and the effective detection method and analysis technology are adopted to control the running state of the equipments timely and accurately to ensure the safety， reliability and economic operation of the equipments. The system has a great reference value for state?monitoring of the equipments both inside and outside of the industry.

Keywords： equipment management； SCADA； status monitoring； 3D modeling

物流業具有理念新、高成長性特點，目前卷煙商業企業物流中心也逐步由手工分揀、人工臺賬向自動化、信息化作業模式轉變。相應的物流設備也趨向于精密化、集成化，因此，為了及時、準確地掌握設備運行狀態，保證設備的安全、可靠和經濟運行，有必要對系統的重要設備的運行狀態進行的監測。其目的在于及時發現設備的各種劣化過程的發展，以求在可能出現故障或性能下降到影響正常工作之前，及時維修、更換，避免發生危及安全的事故。

1 系統概述

本文研究的SCADA系統是完成對湖南省煙草公司衡陽市公司卷煙物流配送中心倉儲與分揀系統狀態監視、操作控制的日常工具，是一個完整獨立的系統， 其具有下列功能：

（1） 3D?MAX建立設備模型，模型直接導入開發平臺，360°展現所有設備狀態；

（2） 全景動態巡航效果，可按預定軌跡自動導航至所選區域；

（3） 模型顏色變化直接體現設備當前狀態；

（4） 故障報警記錄及事件日志；

（5） 用戶管理。

為了實現上述功能，SCADA系統將通過工業以太網連接各分揀子系統、分揀主機、巷道式堆垛機、直行穿梭車等控制單元（PLC）。SCADA 系統從每個PLC 獲取實時信息，并且在相應界面上顯示設備當前狀態。

SCADA系統的圖形化仿真界面分為三層顯示：系統總體顯示（即：全視圖）、系統局部放大顯示（即：各子系統分視圖）以及設備的詳細參數或工作數據顯示。

設備監控系統作用（在線診斷系統）：

（1） 與設備層PLC無縫連接，通過監控畫面觀察和控制過程，實現生產可視化；

（2） 實時采集過程、報警、事件數據并自動歸檔，利于進行系統故障、停機分析，更好地利用設備、確保更高的現場管理效率和管理有效性，并可得出系統及單臺設備的特定參數（例如MTBF平均故障時間，MTFF平均維護時間等）；

（3） 控制過程圖形化并實時動態地顯示出各設備檢測元件狀態、系統狀態等，實現全系統集中遠程控制，并能夠精準定位故障點，使現場維護人員大大加快故障響應、處理速度。

2 系統研究

2.1 布局方案

項目采用圖1所示屏幕布局方案。

圖1 項目布局方案

在圖1所示方案中，包括以下內容：

（1） 標題區域：顯示系統時間，同時顯示當前系統登錄用戶名（如果無人登錄，則顯示無用戶登錄）；

（2） 屏幕控制和導航條區域：提供各功能屏幕之間切換的按鈕；取得相應授權的用戶登錄系統后，如果點擊這些按鈕，將執行已設定的切換屏幕動作；

（3） 顯示區域：顯示已登錄系統，具備相應授權的用戶可在右側導航條中選中要顯示的界面，如：全視圖、子系統分視圖、網絡狀態視圖、報警屏幕、事件屏幕等；

（4） 事件顯示條：滾動窗口按照時間順序顯示系統的事件日志；

（5） 報警顯示條：滾動窗口按照時間順序顯示系統的故障。

2.2 圖形界面

整個SCADA系統UI設計采用目前流行的扁平化設計思路（UI設計指對軟件的人機交互、操作邏輯、界面美觀的整體設計），整個系統界面美觀、簡潔、富有現代感，并且使得操作更高效，如圖2，圖3所示。

這樣的界面設計對系統產生的效果有：更加簡單直接地將信息和事物的工作方式展示出來，減少認知障礙的產生；更簡約，條理清晰，內容展現直觀；更生動地展示出動態的效果。

2.3 設備布局

整個監控系統設備圖形采用3D視圖，并對每單臺設備進行3D建模，真實、動態地遠程再現設備實時狀態。即很好地實現了集中監控，簡化了操作并且避免了操作員不斷切換屏幕，更易于整個設備現場管理和現場維護，大大節約管理、維護時間，并且大大提高復雜設備的透明可視化程度。

圖2 登陸UI

圖3 操作菜單UI

對堆垛機系統、立庫輸送系統，多層穿梭車系統、件煙補貨系統以及高速復合分揀線系統做出獨立的監控界面，更真實詳細的展示出各系統地運行情況。整體設備布局見圖4。

圖4 整體設備布局

2.4 故障報警記錄及事件日志

我方將提供以表格方式顯示的故障報警記錄及事件日志，以便事故原因追溯。并具有故障管理和實時打印功能。我方將提供歷史、實時報警查詢功能。用戶對控制系統的所有控制操作及現場人員對急停的操作，我方將作為事件進行記錄。典型報警顯示樣式見圖5。

2.5 網絡狀態監控

卷煙物流配送中心倉儲與分揀系統設備類型多、數量大，而且相互連接組成DP網絡，出現網絡故障時不易于診斷，我方將在監控系統中實現設備網絡層及設備層與上位計算機故障監視，實時監測整個網絡狀態，為設備的正常運轉提供有力保障，如圖6所示。

圖5 典型報警顯示樣式

圖6 網絡狀態監控示例

2.6 用戶管理

SCADA系統是多個操作者共同操作的系統，建立健全的用戶管理制度是系統安全保護的首要任務。SCADA系統必須嚴格限制用戶的操作權限，依據用戶的操作權限允許或禁止其對系統內控制對象進行操作，以防止誤操作。

我方將提供SCADA系統完善操作人員權限管理功能。

（1） 用戶訪問權限設置。我方通過設置用戶級別及其訪問權限，保證SCADA系統的安全性。SCADA系統對用戶按其身份分為不同級別，配置相應的訪問權限。同時系統內控制對象也分別設置訪問權限。用戶成功登錄系統后，操作控制對象時，系統檢查用戶訪問權限，如果用戶訪問權限小于控制對象的訪問權限，則該用戶不能對該控制對象進行操作，這樣的做法有效防止用戶對系統的誤操作。

（2） 用戶登錄、注銷。用戶必須以本人的身份登錄獲得相應的操作權限。用戶登錄時，輸入用戶名（用戶標識符）和口令，只有兩者正確，才允許其登錄。用戶完成操作離開時，必須退出登錄狀態，以免非法用戶侵入系統，對系統進行非法操作。

（3） 修改密碼。SCADA系統設置用戶修改密碼的功能，允許任何登錄成功的用戶隨時啟用該功能，修改該用戶自己的密碼。

3 系統開發步驟

（1） 用戶界面UI設計：針對項目實際情況及目前UI設計潮流并考慮最終用戶的易操作性、操作邏輯設計出高質量的人機交互界面（例如背景、菜單、圖標等）。

（2） 設備布局及創建所有設備的3維模型：根據現場實際設備布置情況，在SCADA系統中規劃整個卷煙物流配送中心設備布局，既要體現出整個中心監控系統的“全自動化系統集中監控”概念又要實現“易操作、畫面間快速切換”。同時創建所有設備的3維模型。我方提供的SCADA系統的圖形化仿真界面分為三層顯示：系統總體顯示（即：全視圖）、系統局部放大顯示（即：各子系統分視圖）以及設備的詳細參數或工作數據顯示。

（3） 編寫通信接口協議：根據各類型設備特性及設備PLC程序，編寫各臺設備詳細數據采集點地址表，并提供詳細通信接口協議給最終用戶，為卷煙物流配送中心建立最終信息系統提供數據基礎。

（4） 系統組態：根據控制對象和接口協議進行系統組態。該過程包含內部/外部變量規劃及建立、圖形畫面組態、動態效果組態、腳本程序編寫、報警組態、網絡組態。

（5） 現場調試：項目組態完畢后，進入現場連接各自動化系統PLC進行項目聯調并檢驗每一個采集點的正確性、每條報警的準確性。

4 結 論

本文以通用的卷煙商業企業物流中心設備為背景，介紹基于倉儲、分揀設備的SCADA系統，并深入分析系統具備的功能及開發。該系統具有一定的普遍性和實用性，可較為明顯提高設備管理和維護效率、降低勞動強度。系統設計簡單易用，能滿足現場設備管理及維護要求。

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