Wonderware系統軟件在礦綜合自動化系統中的設計和實現

劉坤++李國娟++侯雙雙

摘 要

本文以陜西未來能源化工業有限公司金雞灘煤礦建設為背景，介紹通過基于云計算平臺及Wonderware分布式計算平臺構建實時、精確的礦井調度和決策信息化集成數據平臺的設計及實現方法。該數據平臺提供統一的數據交換平臺和協作管理環境，為領導調度層提供直觀可靠的生產行為監測及數據分析。文中最后提出的建立統一標準模板開發設計的思路，為以后的開發提供了新方向。實際應用表明，該平臺運行穩定，有效提高了煤礦的信息化程度。

【關鍵詞】綜合自動化 系統集成 Wonderware 監控

1 緒論

伴隨著信息技術的發展和綜合系統平臺的普及與應用，各行各業的生產系統也向著集控制、監測、網上瀏覽與一體的分布式控制系統發展。本文以陜西未來能源化工業有限公司金雞灘煤礦信息化建設為背景，以Wonderware IAS作為開發平臺，對全礦安全、生產的主要環節進行實時監測監控，實現全礦井數據采集、生產調度、決策指揮的信息化、科學化，為礦井安全生產、有效預防和及時處理各種突發事故和自然災害，提供有效手段，為企業信息化的應用和發展奠定基礎。

目前該礦已經開發應用了煤礦安全監測系統、生產過程自動化、井下人員定位等，但這些系統均是獨立工作。相互之間沒有統一的數據采集訪問平臺，無法相互共享數據信息導致信息化孤島的產生。為了避免信息化孤島存在，需要建設一個強大的分布式系統綜合管理平臺，來實現分布式集中管理建設統一的管理調度平臺。

2 系統平臺方案

2.1 平臺架構

根據金雞灘煤礦現場實際情況及綜合自動化信息平臺建設要求，可采用信息集成的方法來進行綜合自動化系統的集成，實現數據整合。

數據平臺系統架構主要由設備集成端、系統平臺服務器端和客戶端與應用組成。設備集成端主要把系統服務器端與現場各子系統銜接起來，通過OPC、DDE、Suitelink等接口協議與現場DCS或PLC子系統通信，將數據進行采集提取，整合，傳給放置在各子站的緩存服務器上，并傳入信息化系統平臺中進行相應系統集成開發，最終存入數據庫中。系統平臺服務器端是系統平臺核心，通過建立數據遠程傳輸網絡的采集管理及服務系統，將各緩存服務器上來的數據進行歸納整理、分類存儲；客戶端與應用端通過服務器中獲得更多的歷史信息以實現過程分析、故障查找、過程改善、事故分析及故障跟蹤等任務，并生成多種報表等；系統軟件架構如圖1所示。

2.2 平臺方案

針對新型礦井，各系統數據沒有聯網的情況，需要對各廠區生產子系統重要數據實現聯網，便于統一的調度和管理。通過統一的工業數據傳輸網絡，利用聯網軟件平臺，針對礦井安全生產特殊性進行二次開發，將工業IP網絡技術、面向對象技術、分布式計算技術、云計算技術成功應用至礦井生產系統中。對作為核心的軟件平臺有較高的要求，在數據的采集、存儲、運行、部署、查詢、開發維護等方面應可靠、安全和高效，主要體現在以下一些方面：

（1）具有強的接入能力，支持數據采集、處理、存儲的冗余。

（2）能夠以組態圖形方式直觀顯示來自生產現場的實時數據。

（3）支持各種報警條件的定義，能對現場的異常情況及時報警。

（4）提供工業級實時數據庫，能夠將大容量的歷史數據進行長時間存儲和多用戶并發快速訪問。

（5）有完善的多種安全機制并能夠實現數據級的安全。

（6）兼容性好，能與兗礦集團安全生產系統無縫集成，無需二次開發。

根據以上要求，對系統平臺的網絡設計部署如圖2所示。

如圖2所示，平臺系統由多個組件構成，組件各自獨立又緊密集成，涵蓋數據采集、建模、運算、認證、監控、存儲、查詢、管理、運維等各個層次的內容，適合多系統、多接口、跨地域的生產監控數據的綜合信息集成。

按平臺建設需求，通過在云計算數據中心部署不同用途的服務器，完成從現場各廠子系統中的數據采集處理，到應用的組態展示、數據分析與維護。發揮現場信息的綜合價值，建立一個穩定、可靠、高性價比的監測監控系統。

3 礦井監測系統的實現

對煤礦各子系統進行監測。首先使用OPCServer、DAServer、FSGateway 或者數據庫等方式對礦井中各監測子系統中需要監測的數據點進行采集，傳送到工業應用服務器中的開發環境（IDE）中進行測點連接和組態界面開發，然后再通過IAS服務器將系統分布式運行在各工作站上。在調度平臺上可以通過各工作站進行實時顯示礦井生產狀態，同時通過網頁發布服務器將實時數據和歷史數據發布到辦公網站上，供煤礦各級領導通過瀏覽器方式查看當前現場實時數據、歷史數據、曲線和各種報表，實現遠程的訪問，方便了管理。

3.1 數據采集端與各子系統的通信方式

IAS在數據的采集和管理方面提供了通用的數據訪問和管理接口，如Suiltelink、DDE、OPC等，連接PLC、DCS、過程控制器等硬件設備，將現場各子系統數據接口協議轉換為IAS的通用數據訪問，就可以把數據從現場軟件中采集到IAS的軟件平臺上，從而實現了數據的無縫集成。

由于各子系統廠家上層協議不同，在數據采集方面應充分考慮對多種通信協議的支持。金雞灘煤礦子系統接入基本分為以下4種：

3.1.1 OPC接口

對于子系統上位機為組態軟件，可以對子系統的上位機進行DCOM配置，從而利用子系統軟件的OPC服務接入。

3.1.2 DAServer數據包接口

對于采用PLC控制系統的數據采集，使用Wonderware的DAServer驅動包實現接入。

3.1.3 SYMLINK采集

對于一些電力系統專用協議，將電力系統的協議轉換成OPC協議，從而實現系統數據接入。

3.1.4 FSGateway數據協議轉換

對于提供OPC 服務的系統，我們可以在OPC服務器上安裝FSGteway協議轉換器來實現數據的通訊。

3.2 Wonderware服務器端 IAS工程的開發

Wonderware開發平臺是基于對象設計思想建立的，無論是單個設備還是一條生產線等，都可以定義為一個對象。初步了解金雞灘項目后，提出開發統一模板模型的想法，并詳細規范了測點的命名規則、測點類型以及信息化項目開發規范標準。這樣就可以為特定的硬件設備類型開發出標準的組件，然后在這個標準的組件的基礎上生成各種設備模板，該模板封裝了設備的屬性，包括輸入/輸出、報警、歷史、內在邏輯、安全等功能。使用這樣的一種模板模型就可以在對象級別對應用的變更進行很好的管理，這樣建立模板好處如下：

（1）通過建立標準的模板，避免了對該類設備重復添加屬性測點的繁瑣工作。

（2）對標準模板做出的屬性改變可自動應用到實例中去，實現了變更的自動應用性。

（3）建立的標準模板，可以在多個工程中重復使用，再次實現了在工程間的可重用性。

這樣的標準模板對有大量相似設備的系統來說無疑是最佳選擇。

3.3 客戶端與應用

3.3.1 組態HMI的設計開發

組態界面開發設計采用Wonderware 套件中的Intouch組態軟件開發，利用圖形工具繪制界面圖形，并建立各圖形之間的鏈接，最終實現綜合自動化系統界面。

3.3.2 Historian客戶端

多種功能的趨勢查詢、報告和分析套裝，可以顯示每一個采樣點數據實時趨勢和歷史趨勢分析。

3.3.3 生產數據發布系統Web

工業實時數據發布軟件InPortal專為工業生產實時監測環境設計開發，通過Internet或Intranet為礦井提供生產現場的實時/歷史數據查詢分析。

3.4 工業實時數據庫服務器

在中心設置工業實時數據庫Industrial SQL Server。強有力的關聯引擎可以采集來自各現場系統數據。全方位實時獲取和存儲過程數據，管理所有實時/歷史數據的存儲和查詢。

4 結論

基于Wonderware的煤礦綜合自動化系統平臺是根據金雞灘煤礦的實際情況開發設計的，是一個功能強大、模塊化、可擴展的分布式集控系統。建立了統一的數據交換標準，實現了一次采集、分級管理、多級應用的統一發布平臺。為提高綜合調度管理能力，統一生產決策能力，提供了強有力的數據支持。

參考文獻

[1]Wonderware公司.軟件體系架構及企業信息化培訓教程，2015.

[2]Wonderware公司Wonderware FactorySuite Manager用戶手冊[EB/OL].[2012-06-15]http：//www.chinakong.com/download/disp.asp？id=5271.

[3]顧對芳，王為廣，李紅霞等.基于Wonderware IAS的煤礦綜合自動化系統平臺的設計和應用[J].工礦自動化，2012（12）：16-19.

作者簡介

劉坤（1976-），男，山東省東營市人。大學本科學歷。現為兗礦集團信息化中心總工程師。

作者單位

兗礦集團信息化中心 山東省濟寧市 273500