基于现场总线技术的冷站CIMS系统设计与集成

1 引言

cims系统是一个以企业网络为基础把企业经营决策、管理、计划、调度、过程优化、故障诊断、现场控制等信息统一进行优化处理的系统[1]。文章以某卷烟厂动力车间冷站cims系统改造设计为例，就该冷站cims系统实现的相关技术作了比较深入的讨论。

2 cims系统集成的实现技术

在构建cims系统时，控制与信息网络互联具有重要意义[2][3]，在该冷站cims系统设计中以支持opc技术的组态软件为纽带，实现控制与信息网的集成。

2.1 opc技术

opc是实现控制系统现场设备级与过程监控级间信息互联的关键技术[4][5]。它以微软的(分布式)组件对象模型为基础，采用客户/服务器模式，按照面向对象的原则，将一个应用程序(opc服务器)作为一个对象封装起来，只将接口方法暴露在外面，客户以统一的方式去调用，使用户从低层的开发中脱离出来。opc可实现远程调用，使应用程序的分布与系统硬件的分布无关，便于系统硬件配置，从而使系统的应用范围更广。实际上，opc是提供了一种机制，使系统能够以标准的方式从数据源获取数据并将其传递给任何客户程序。

opc服务器是数据的供应方，负责为 opc客户端提供所需的数据;opc客户端是数据的使用方，opc服务器作为现场总线体系结构的中间层，将现场信号按照统一的标准与 scada、hmi等软件无缝连接起来，把硬件和应用软件有效地分开. opc服务器对下层设备提供接口，使现场的各种过程信息能够进入opc服务器，从而实现向下互联;opc服务器还对上层设备提供标准的接口，使上层信息网络(intranet)设备能够取得 opc服务器中的数据，从而实现向上互联，这两种互联都是双向的。通过opc接口就能访问所有提供了opc服务器的现场设备,实现与现场设备的通信。

图1 opc在控制系统中所处位置

2.2 监控组态软件

为设备配套方便，系统使用rsview32组态软件。该组态软件通过其绘图工具可生成各种图形对象或文本，提供了大量的工业设备图形、仪表符号，还提供趋势图、历史曲线、组数据分析图等图形库，可以直接使用其它绘图软件包如autocad、 coreldraw等生成的对象。它提供的图形化用户界面gui友好，包括一整套windows风格的窗口、弹出菜单、按钮、消息区、工具栏、滚动条和监控画面等，其动画控制功能画面丰富多彩，可以激活图形对象以使它反映出过程变化，为设备的正常运行、操作人员的集中监控提供了极大的方便。此外，其重要的特点是具有强大的通信功能、良好的开放性以及数据库资源共享[6]。

(1) 数据库资源共享

开放式设计可以很容易地与 microsoft产品共享信息，其实时标签数据库是odbc[7]兼容数据库，可以利用其它数据库工具如:microsoft access、sybase、sql server等浏览并管理标签，实现本地控制单元与上位机之间数据和信息共享，为用户提供更为集中的数据操作环境，实现信息集中管理。

(2) 强大的通信功能

该组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备，如allen-bradley、modicon、siemens、omron等公司的各种型号 plc，适应各类测控硬件设备，可以满足不同测点的要求。向下可以通过rslinx、opc等与数据采集硬件通信;向上可以通过 tcp/ip，ethernet与高层管理网互联。opc使rsview32可以作为一个客户端或服务器，允许在不同的rsview32站以及其它opc 服务器之间进行点对点通讯。

　　(3) 组态软件在监控系统中的地位

在监控系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据采集处理中心、远程监视中心和数据转发中心[8]。如图2所示，它处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备(如挂接在现场总线上的工控计算机、plc)等共同构成快速响应/控制中心。监控组态软件投入运行后，操作人员可以在其支持下完成以下各项任务:

图2 组态软件在scada系统中的地位

查看生产现场的实时数据及流程画面，浏览各实时/历史趋势画面;

自动打印各种实时/历史生产报表;

及时得到各种过程报警和系统报警;

在需要时，可人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态;

与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。

rsview32支持opc技术，是连接控制网络与信息网络的桥梁。通过opc接口，它不仅能连接从现场设备传送来的信息，而且可以与其它应用软件交换数据;通过opc接口，可以实现信息网络与控制网络实时数据库的互联，即实现控制网络与信息网络的集成。

3 基于controlnet的冷站cims系统

3.1 冷站cims体系构建

为了实现底层控制网络与工厂信息网络的连接，将车间层的现场设备信息及生产过程数据实时传输到工厂管理层，实现控制网络与信息网络的集成，构建了基于controlnet现场总线技术