基于Wonderware 系統的SCADA 在玻璃行業中的應用

朱俊賢

（桐鄉華銳自控技術裝備有限公司南京辦事處，江蘇 南京 210000）

玻璃纖維具有絕緣性好、耐熱性強、抗腐蝕性好、機械強度高等多種優點，在制造業很多領域都有廣泛應用。

隨著信息化的不斷建設構建貫穿玻璃纖維生產全方位全過程的生產工藝數據采集系統，為能源管理、精益生產管理、設備管理、MES、報表電子化、綜合決策支持等系統提供有力的支撐。提升產品質量控制水平，需做好各工序的生產過程質量控制。要做好生產過程質量控制，不能僅靠生產部門自覺執行，要建立全過程關鍵控制點的工藝管理規章制度，加強公司層面的監督與監管。按照目前工藝人員配備和檢測方式已不能滿足現代質量管理的要求。針對工廠的底層數據采集平臺，該平臺負責所有底層自動化數據采集，所有采集的數據集中統一管理，并對外提供統一數據接口。

1 玻璃生產線工藝介紹

（1）玻璃生產線包含6 大工序，分別為熔制工序、拉絲工序、烘制工序、絡紗工序、短切工序、撿裝工序，另包含公用系統的制冷、污水處理、污泥處理、能源計量等。

（2）烘制工序：包含池窯、通路氧氣燃氣的燃燒控制；風機風壓控制；電助熔控制；能源計量；投喂料控制等。

（3）拉絲工序：包含漏板溫度控制（漏板規格、溫度、電流電壓等）、涂油系統、小循環系統、拉絲機系統（共420 臺拉絲機，9 種拉絲機機型，涉及自由互換功能）、化工系統等，拉絲報表統計、產量、能耗統計等。

（4）烘制工序：包含微波烘箱系統、隧道烘箱系統、高頻烘箱系統，主要用于玻璃的烘干；還包括輸送系統、物流倉儲系統等。

（5）絡紗工序：包含800 臺不同品牌PLC 的絡紗機。

（6）短切工序：包含短切機；短切烘箱。

（7）撿裝工序：包含外圈絡紗機；熱縮機；擺脫機；整托物流生產線。

（8）以上工序的所有設備均是獨立的單機設備或相同數量較多的設備自成一套數據監控系統。

2 軟件介紹

2.1 Wonderware 軟件介紹

Wonderware 軟件是施耐德公司推出的基于Microsoft Windows 的人機界面自動化軟件。

可用于可視化和控制工業生產過程。它為工程師提供了一種易用的開發環境和廣泛的功能，使工程師能夠快速地建立、測試和部署強大的連接和傳遞實時信息的自動化應用。

是一個開放的、可擴展的人機界面，為定制應用程序設計提供了靈活性，同時，為工業中的各種自動化設備提供了連接能力，及完善的Server/Client 架構。

Wonderware 軟件提供了廣泛的通訊協議轉換接口—DA Server，能方便的連接到各種控制設備，如各種品牌的PLC、各種品牌的運動控制器、各種品牌的上位軟件、數據庫等。

2.2 SCADA 系統介紹

SCADA（Supervisor Control And Data Acquisition）數據監控及采集系統，目的是為了實現智能化工廠，為MES提供標準的OPC 數據源，將每條生產線原來信息孤立的所有設備全部聯結起來進行數據的上傳及下發。

SCADA 為MES 等高級管理系統提供數據支撐。整個項目共計15 萬采集點。

歷史報警、曲線記錄查詢，報表等查詢，存儲數據。

同時，SCADA 還提供一種遠程/集中診斷能力，這種診斷能力支持對進程、硬件、 平臺和各個對象的監視，并具有控制運行時執行的能力。

3 編程調試

3.1 系統軟件設計

該系統由Wonderware 軟件、PLC 編程軟件、VB、C#編寫的非標軟件構成。Wonderware 軟件負責參數設置、流程監控、報警記錄、操作記錄、曲線記錄等，并通過DA Server 讀取PLC 數據；PLC 編程軟件負責參數的計算中轉等工作；VB 及C#的程序負責與MES 系統對接的非標接口。包括參數參數上傳、下發等。

與個獨立監控系統的接口采用Web Servers 構架，確保數據準確性及穩定性，通訊交互產生Log 記錄，可追溯錯誤發生的時間等詳細信息。

3.2 網絡拓撲圖

數據采集系統平臺系統由一套組態監控系統平臺服務器（含1 臺組態管理GR 服務器、6 臺實時數據處理AOS/OI 服務器、1 臺歷史數據庫服務器、7 臺操作員站（其中6 臺與AOS/OI服務器合并設置）、1 臺工程師IDE 站（與GR 服務器合并設置）。

系統平臺服務器是數據采集及SCADA 系統的核心，具有實時采集監控數據和工況進行存儲和處理；保存各種系統組件如畫面、報警定義、安全系統定義；并提供各種系統服務如報警檢測，存儲歷史數據，進行安全管理等功能。

服務器的主要功能是數據處理及管理，服務器通過軟件系統實現對巨石三分廠各種工作數據、故障報警記錄的存取，提供動態的工藝監控圖形，具備友好的人機界面，并且可以提供數據查詢和網絡管理。系統中的任何數據點都可以根據用戶指定的速率采樣存儲。數據處理主要包括歷史數據的保存和歷史數據的顯示。這些存儲的數據是進行系統優化和調整的強有力工具。工程師可以通過這些數據檢查引起某項特殊事件或事故發生的原因。

事件處理功能：系統中的重要操作和運行事件，服務器都將對它進行記錄、管理。事件處理主要包括事件登錄、事件檢索、事件記錄等，并具有事件記錄打印功能。同時，還可以根據系統當前發生的事件自動觸發執行制定的命令和程序。

什么是任意性？Saussure[12]67在論述語言符號的性質時指出：“能指和所指之間的關系是任意的。”他舉證說，法語中的s-o-r與它所指的對象“sister”之間沒有必然的聯系，而不同的語言又可以用不同的符號指代同一個人或物，如法語用b-?-f指代“ox”，而英語卻用o-k-s指代該種動物[13]2。

3.2.1 工程師IDE 站

配有多種工具軟件，能對PLC 和上位機應用軟件在線編輯、調試。同時，可以在網上對PLC 進行在線診斷。工程師站能同時打開網絡中的所有系統平臺服務器的數據庫和系統組件，并對其進行編輯、組態。

（1）顯示工程設備的運行狀態，顯示工藝流程的動態參數，顯示相關參數的趨勢、歷史數據及歷史記錄、各類報表。

（2）打印過程回路控制的參數給定值，報警記錄，報表、趨勢圖等。

（3）報警設有優先級管理，任意管理均在屏幕上顯示。

（4）在操作過程中，設有啟動、停止、復位和選擇等軟手動操作功能。

（6）系統有在線和離線修改功能，并帶有自診斷功能。

（7）系統穩定性：不因誤操作和通訊問題死機，重要技術參數修改應有軟鎖。

（8）能夠和所有控制站組成部分保持通訊，數據掃描周期為1 秒。系統要負責所有控制系統組成部分的協調通訊。

（9）要完成報警記錄，要顯示報警總匯，至少應根據收到的次序顯示，所有報警都要標有日期、時間、至少有8 個報警優先級，并且可以總體報警或一個接一個報警。

3.2.2 操作員站

通過以太網與系統平臺服務器連接，獲取實時的生產工況數據。顯示動態的工藝監控圖形，且所有畫面均在系統啟動時自動從系統平臺服務器獲取，在操作員站不需保存任何畫面。

操作員站的主要功能有：

圖形功能：生成總平面圖、工藝圖、工藝區域圖、工藝單元圖、工藝控制圖、單元控制圖，給用戶提供友好的人機界面。

控制功能：在控制圖形上通過鼠標和鍵盤對工藝參數進行修改，對工藝過程和控制設備進行控制和調節。

報警功能：在設備及工藝過程中發生故障時發出警報，顯示故障點和故障狀態，按照報警等級作出相關反應，記錄故障的信息。

安全操作：設立不同的安全操作等級，針對不同的操作者設置相應的加密等級，記錄操作員及其操作信息。

3.3 拉絲機自由互換功能說明

該系統共包含420 臺拉絲機，9 種拉絲機機型（德國拉絲機6 種機型、島津拉絲機1 種機型、蕭山拉絲機2 種機型），涉及到不同品牌的PLC、運動控制器之間的自由互換。

原方案：對生產線上的拉絲機進行停機保養時，必然會用備用拉絲機替換。那么，不同品牌之間互換時，工作人員必須到熔制工序DCS 系統中，做相應的軟件修改，目的是調整拉絲機的數據鏈通訊地址及數據鏈的長度，以符合更換拉絲機操作帶來的數據及相關信息的變化。如若不進行此項軟件修改工作，由于現場工位上的拉絲機機型已經發生了改變，系統極有可能從錯誤的數據鏈地址中，讀取錯誤的數據，從而在系統中生成毫無意義的分析或結論。所以，每次進行拉絲機更換，都要進行數據鏈地址的校對和相應軟件修改。

SCADA 方案：目前，我們在本項目實施過程中，通過構建新的硬件、軟件系統，重新定義了更加科學且行之有效的拉絲機數據采集模式。新的數據采集架構，硬件方面，由高性能可編程控制單元、人機交互單元、數據傳輸單元、數據高速儲存及分析處理單元等元素構成；軟件方面，我們開發了新的軟件系統，新系統整合了工廠日常生產過程中，使用的所有品牌和型號的拉絲機，針對不同的拉絲機，開發了對應的軟件運行腳本。

4 結語

本文主要概述了基于Wonderware 系統的SCADA 的設計，設計重點是數據管理、分析、拉絲機自由互換。目前，該系統已經投入使用，并且運行穩定，為建立智能化工廠邁出了第一步。