1 、引言

cims系統是一個以企業網絡為基礎把企業經營決策、管理、計劃、調度、過程優化、故障診斷、現場控制等信息統一進行優化處理的系統。文章以某卷煙廠動力車間cims系統改造設計為例，就該冷站cims系統實現的相關技術作了比較深入的討論。

2 、cims系統集成的實現技術

在構建cims系統時，控制與信息網絡互聯具有重要意義，在該冷站cims系統設計中以支持opc技術的組態軟件為紐帶，實現控制與信息網的集成。

2.1 opc技術

opc是實現控制系統現場設備級與過程監控級間信息互聯的關鍵技術。它以微軟的（分布式）組件對象模型為基礎，采用客戶/服務器模式，按照面向對象的原則，將一個應用程序（opc服務器）作為一個對象封裝起來，只將接口方法暴露在外面，客戶以統一的方式去調用，使用戶從低層的開發中脫離出來。opc可實現遠程調用，使應用程序的分布與系統硬件的分布無關，便于系統硬件配置，從而使系統的應用范圍更廣。實際上，opc是提供了一種機制，使系統能夠以標準的方式從數據源獲取數據并將其傳遞給任何客戶程序。

opc服務器是數據的供應方，負責為 opc客戶端提供所需的數據;opc客戶端是數據的使用方，opc服務器作為體系結構的中間層，將現場信號按照統一的標準與 scada、hmi等軟件無縫連接起來，把硬件和應用軟件有效地分開。 opc服務器對下層設備提供接口，使現場的各種過程信息能夠進入opc服務器，從而實現向下互聯;opc服務器還對上層設備提供標準的接口，使上層信息網絡（intranet）設備能夠取得 opc服務器中的數據，從而實現向上互聯，這兩種互聯都是雙向的。通過opc接口就能訪問所有提供了opc服務器的現場設備，實現與現場設備的通信。

圖1 opc在控制系統中所處位置

2.2 監控組態軟件

為設備配套方便，系統使用rsview32組態軟件。該組態軟件通過其繪圖工具可生成各種圖形對象或文本，提供了大量的工業設備圖形、儀表符號，還提供趨勢圖、歷史曲線、組數據分析圖等圖形庫，可以直接使用其它繪圖軟件包如autocad、 coreldraw等生成的對象。它提供的圖形化用戶界面gui友好，包括一整套windows風格的窗口、彈出菜單、按鈕、消息區、工具欄、滾動條和監控畫面等，其動畫控制功能畫面豐富多彩，可以激活圖形對象以使它反映出過程變化，為設備的正常運行、操作人員的集中監控提供了極大的方便。此外，其重要的特點是具有強大的通信功能、良好的開放性以及數據庫資源共享。

（1） 數據庫資源共享

開放式設計可以很容易地與 microsoft產品共享信息，其實時標簽數據庫是odbc兼容數據庫，可以利用其它數據庫工具如：microsoft access、sybase、sql server等瀏覽并管理標簽，實現本地控制單元與上位機之間數據和信息共享，為用戶提供更為集中的數據操作環境，實現信息集中管理。

（2） 強大的通信功能

該組態軟件能與多種通信協議互聯，支持多種硬件設備，如allen-bradley、modicon、siemens、omron等公司的各種型號 plc，適應各類測控硬件設備，可以滿足不同測點的要求。向下可以通過rslinx、opc等與數據采集硬件通信;向上可以通過 tcp/ip，ethernet與高層管理網互聯。opc使rsview32可以作為一個客戶端或服務器，允許在不同的rsview32站以及其它opc 服務器之間進行點對點通訊。

（3） 組態軟件在監控系統中的地位

在監控系統中，投入運行的監控組態軟件是系統的數據采集處理中心、遠程監視中心和數據轉發中心。如圖2所示，它處于運行狀態的監控組態軟件與各種控制、檢測設備（如掛接在現場總線上的工控計算機、plc）等共同構成快速響應/控制中心。監控組態軟件投入運行后，操作人員可以在其支持下完成以下各項任務：

圖2 組態軟件在scada系統中的地位

查看生產現場的實時數據及流程畫面，瀏覽各實時/歷史趨勢畫面;

自動打印各種實時/歷史生產報表;

及時得到各種過程報警和系統報警;

在需要時，可人為干預生產過程，修改生產過程參數和狀態;

與管理部門的計算機聯網，為管理部門提供生產實時數據。

rsview32支持opc技術，是連接控制網絡與信息網絡的橋梁。通過opc接口，它不僅能連接從現場設備傳送來的信息，而且可以與其它應用軟件交換數據;通過opc接口，可以實現信息網絡與控制網絡實時數據庫的互聯，即實現控制網絡與信息網絡的集成。

3、 基于controlnet的冷站cims系統

3.1 冷站cims體系構建

為了實現底層控制網絡與工廠信息網絡的連接，將車間層的現場設備信息及生產過程數據實時傳輸到工廠管理層，實現控制網絡與信息網絡的集成，構建了基于controlnet現場總線技術的cims 系統：設計中采用了車間過程監控級、工廠管理級二層網絡結構，結構圖如圖3所示。

3.2 系統軟件架構

為實現控制網絡與信息網絡數據的鏈接、交換與融合，構建了如圖4所示的軟件架構。在監控層，rsview32利用實時數據庫對現場實時數據進行存儲;在管理層，rsview32可實現與監控層數據的鏈接與交換。實現控制網絡與信息網絡集成，要解決的核心問題有：

圖3 冷站cims結構示意圖

圖4 系統軟件架構示意圖

（1） 如何實現實時數據的采集，將其寫入組態軟件實時數據庫;

（2） 如何實現管理監控機與中間監控上位機間組態軟件內部實時數據信息的交換，并實現遠程監控。

在冷站控制系統中，監控層組態軟件既是opc客戶端，又作為opc服務器端。在實現現場設備實時數據的采集時，組態軟件作為opc客戶端，制冷機可編程控制器plc作為opc服務器。每個opc服務器都被作為一個外部設備，可以進行定義、增加或刪除。在系統運行中，opc服務器對下層設備提供接口，使得現場控制層的各種過程信息能夠進入opc服務器; rsview32和每個opc服務器建立連接，自動完成和opc服務器之間的數據交換，把各子系統的數據采集到組態軟件的實時數據庫中。同時，監控層上位機組態軟件rsview32又作為opc服務器端，管理層監控軟件rsview32作為其opc客戶端，通過對客戶端與服務器端的通訊配置，實現控制網絡與信息網絡的數據交換與集成。

4 、冷站控制網絡監控操作平臺的組態設計

4.1 實現冷站系統的控制功能軟件組態設計的主要內容

（1） 人機界面。在人機界面上顯示冷站工藝流程圖，也即模擬顯示現場系統及其環境;顯示現場設備操作方式、控制開關及運行狀態等;顯示系統運行環境和工作的說明信息;顯示類似于其它windows應用軟件界面彈出式菜單，以便供操作人員調用非主界面信息，如各種現場設備的歷史運行曲線圖、生產報表、二級顯示監控界面和報警記錄等。

（2） 實時和歷史數據的管理。包括對各種實時數據的響應和處理方式的設計，對歷史數據的篩選和存儲管理的設計，實時和歷史數據的顯示設計（如采用動態顯示曲線圖、歷史趨勢圖、報表等），實時和歷史數據的輸出設計（如打印方式、與其它應用軟件程序的數據交換協議以及網絡發布方式等等）。

（3） 報警和事件管理。對現場事故和故障信息予以記錄，使相應的報警信息顯示到監控界面或傳送給其它聲、光報警裝置，同時也將報警信息傳送給相應的控制處理單元;對現場生產事件和操作信息進行記錄，以圖表形式提供查詢系統的運行操作情況。

4.2 創建項目

rsview32組態軟件主要包括系統、圖形顯示、警報、數據記錄設置、邏輯和控制等組件，運用這些基本組件可方便地開發出監控系統的上述功能。首先在 rsview32中創建這個項目：某卷煙廠冷站控制系統。先打開rsview32，單擊工具欄“文件”菜單里的“新建”按鈕，在“創建項目”對話框的“項目名”里填寫本項目名稱，圖5所示，然后單擊“打開”，就完成了項目的創建。一旦創建了項目，即可看到項目管理器（project manager），就可以在系統通訊配置后進行圖形、報警或趨勢等的畫面組態。

4.3 通道節點組態

rsview32通過附帶的 rslinx與掛接在controlnet上的可編程控制進行通訊，所以在啟動rsview32之前要先打開rslinx。啟動rsview32后，雙擊項目編輯器里的“系統”組件，出現通道和節點等編輯器。在通道編輯器里選擇節點所連接的網絡controlnet。由于本系統采用的可編程控制器是 omronplc、control logix5555，在節點編輯器中：數據源選擇“opc服務器”，rsview32通過rslinx與omronplc、 controllogix5555進行通信，各制冷機節點為opc服務器，組態軟件則為opc客戶端。在節點名中輸入自定義的可編程控制器的節點名，冷卻塔的節點名為opcnode_cooltower。選中“啟用”，單擊“接受”保存節點定義，單擊“下一個”，然后定義另一個節點，或選擇“關閉”命令，退出節點編輯。

4.4 標記數據庫組態

標記數據庫是由稱為標記的記錄組成。系統內各部分都可以使用標記值。圖形顯示使用標記值來控制動畫對象或更新趨勢圖形;警報系統監視標記值并把它們與“可接受”范圍進行比較;“數據記錄”則存儲標記值并創建歷史記錄。但標記值存儲在數值表格里，而不是在數據庫里。可通過把標記的數值記錄到數據文件里，使標記值永久地記錄在磁盤里。要創建一個標記，需要指定它的名字、鍵入它的數據、以及它的數據源。在標記數據庫編輯器里設置單個標記的警報，可以在添加標記時設置，或以后編輯標記時添加這個信息。

在創建本項目時，rsview32將創建系統標記。若標記數據庫需監視標記參數值的變化過程以產生報警信息時，就必須進行報警信息組態，指定哪些標記需要監視報警信息。在標記數據庫編輯器里選擇一個標記，然后選擇“al”警報框啟動警報編輯器。本程序帶報警的標記都為開關量標記，即如果該標記的值為1則觸發報警。

標記數據庫創建好之后，就可將標記參數與趨勢或歷史報表建立聯系，使系統可以以曲線或表格的形式向用戶顯示實時數據的變化過程。rsview32的趨勢、歷史報表都是以標準圖形的形式給出的，開發者需要對相應的參數進行設置。趨勢中的參數包括時間范圍、掃描周期、數值范圍、數據源等，歷史報表中的參數則包括報表的起始時刻、時間范圍、時間間隔、數據源、變量等。

4.5 畫面組態

圖形編輯器中提供了大量的圖形對象，利用這些基本圖形對象以及插入外部位圖，可以組態設計出冷站控制系統流程圖畫面和各工況畫面，監控主畫面是缺省的主畫面，需要時可切換到各工況畫面。

冷站控制系統的監控主畫面由操作參數、工程參數、狀態顯示、歷史曲線、歷史報警、通訊測試、報表打印等組成。在主畫面中通過選擇各菜單項，可以執行窗口的切換。狀態顯示的是整個冷站監控系統的設備、管道、閥門的連接情況和運行原理，當系統沒有啟動時，整個畫面是靜態的。一旦系統進入運行，畫面將顯示當前的工況、相應設備和閥門開啟，管道內的介質不停地流動，同時從現場檢測的溫度、壓力、流量顯示在對應位置。上述的動畫是通過圖形編輯器中的動畫連接功能實現的。冷站控制系統監控界面如圖5和圖6所示。

圖5 冷站運行概圖

圖6 制冷機組內部流程圖

rsview32還可以用報警圖形對象來組態設備或工藝參數的報警畫面，設備的故障報警由自身所帶的控制器判斷并執行相應保護動作，但其報警信息可通過通信接口上傳，顯示在設備報警畫面上;工藝參數的報警根據數據庫組態時設定的報警參數，當有報警發生時，在報警畫面上顯示報警產生的時間、報警位號、報警類別、報警當前值以及是否被確認等信息，同時發出聲音報警，關閉相關設備，用戶可以通過確認按鈕對當前報警進行確認后，進行故障的排除。

5 、信息網絡的組態設計

5.1 opc遠程通訊設計

現場上位監控站采用opc與遠動生產管理中心的監控站進行通訊。opc 使rsview32可以作為一個客戶端或服務器，允許在不同的rsview32站以及其它opc服務器之間進行點對點通訊。本系統以現場的 rsview32上位監控機作為服務器，遠動管理中心的rsview32監控機作為客戶端，客戶端通過以太網用服務器的rsview32命令 rtdataserveron來讀取服務器的實時標記值，用命令rtdatawriteenable來寫服務器的實時標記值。設置方案如下：對于服務器，選擇“啟動”編輯器里“啟動”頁上的“opc/dde server”復選框，發出rtdata serveron命令;對于客戶端，把服務器設置成一個opc節點，指定opc服務器名，在標記數據庫定義一個以設備為數據源的標記，并為該標記選擇 opc節點，指定opc條目提供標記數值。

5.2 在主站的操作系統中配置dcom

由于opc是根據microsoft的ole/com和dcom技術要求功能制定的一個開放和互用式的用戶界面標準，所以必須先在主站的操作系統中配置dcom（分布式com配置屬性），步驟如下：

（1） 在windows2000操作界面上單擊“開始”，選“運行”，鍵入dcomcnfg，然后單擊“確定”，進入“分布式com配置屬性”，進行“應用程序”的設置;

（2） 進行“默認屬性”的設置;

（3） 進行“默認安全機制”的設置。

5.3 服務器和客戶端的rsview32通訊設置

rsview32服務器的計算機名為coldstation，上位監控程序名為jyc，客戶端的計算機名為remote，上位監控程序名為rmjyc1。首先對服務器rsview32進行通訊設置，再對客戶端的rsview32進行通訊配置。

在程序rmjyc1運行后，rmjyc1的標記就可讀取jyc的標記值，實現遠程實時監控。

6、 系統監控軟件的操作實現

6.1 現場上位監控程序的操作實現

冷站控制系統現場上位機進入rsview32上位監控平臺，打開名為“jyc”的上位監控程序，在項目管理器里，單擊選項卡“運行模式”，再單擊狀態欄“運行項目”，現場上位監控程序運行后，程序就按啟動序列預先設置的運行步驟運行。程序運行后立即出現主監控界面，如圖7所示。主畫面除標題和日期時間外，主要包括9個按鈕圖標，它們分別代表9個主功能模塊，這些按鈕也稱為系統的一級菜單，通過點擊相應按鈕即可進入對應功能模塊。由于啟動宏“st”里面設有命令“set autocontrol 0”，所以此時泵站處于人工控制狀態，值班人員可以在人工控制運行和自動控制運行之間進行切換。

6.2 遠程上位監控程序的操作實現

圖7 冷站監控主界面

遠程監控機進入 rsview32上位監控平臺，打開名為“rmjyc1”的上位監控程序，在項目管理器里，單擊選項卡“運行模式”，再單擊狀態欄“運行項目”，遠程監控程序運行后，就按照啟動序列的設置，出現主監控界面。由于現場監控程序jyc在啟動時就執行了命令rtdataserveron和 rtdatawriteenable，使遠程監控程序rmjyc1能實時讀取現場監控程序的標記值，并組態成與現場監控程序相同的各級監控界面。若需要進行遠程管理，遠動的值班人員和現場的值班人員一樣，可以通過人工控制冷站運行的相關操作，進入有關操作界面，控制制冷機組的啟停，實現遠程管理。

7 、結束語

文章基于controlnet總線技術的冷站系統集成設計，構建了冷站的cims系統。在對opc技術和組態軟件分析基礎上，構建了整個冷站控制系統集成的軟件架構，用rsview32組態軟件對冷站控制網絡和信息網絡進行了組態設計，實現了對控制網絡與信息網絡的集成。

責任編輯：gt