摘 要：本文采用FMCS系統(tǒng)來(lái)滿足天津CTS工業(yè)廠房的集成需求，主要從PLC控制、DCS系統(tǒng)和OPC 技術(shù)等方面進(jìn)行了闡述。 Abstract:This article introduces the application of FMCS system in the CTS industry workshop in Tientsin mainly from three aspects: PLC control、DCS system and OPC technique. 關(guān)鍵詞：系統(tǒng)集成;PLC;DCS;OPC Key words:The system is integrated ;PLC ; DCS;OPC 1 引言 　　FMCS系統(tǒng)是一個(gè)采用分層的分布式結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，總體上講分為四層結(jié)構(gòu)，最底層為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，包括各類(lèi)傳感器、探測(cè)器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等設(shè)備;第二層為現(xiàn)場(chǎng)總線控制層，主要完成現(xiàn)場(chǎng)控制器，PLC等設(shè)備對(duì)底層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，下發(fā)控制命令，多采用MODBUS，PROFIBUS，RS-485 以及LONWORKS等總線協(xié)議，具有實(shí)時(shí)性要求;第三層為子系統(tǒng)監(jiān)控操作層，主要完成各子系統(tǒng)的監(jiān)視和操作,HMI人機(jī)界面，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的提取，并作為集成系統(tǒng)的OPC Server數(shù)據(jù)源，是確保各子系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的基礎(chǔ);最上層為監(jiān)視和管理中心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行和綜合管理，采用和遵循標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)好人和TCP/IP協(xié)議，以通用數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過(guò)ODBC（開(kāi)放式數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)驅(qū)動(dòng)）標(biāo)準(zhǔn)接口，SQL結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和交換。 2 集成需求 　　天津CTS是一座具有現(xiàn)代化智能型工業(yè)廠房。目前所涉及到的自系統(tǒng)包括EMS能源管理系統(tǒng)、FA火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)、DCS分布式集散系統(tǒng)、CNS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（Intranet ）系統(tǒng)、OS辦公自動(dòng)化信息系統(tǒng)等子系統(tǒng)。根據(jù)業(yè)主和智能化廠房的要求，同時(shí)兼顧未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，擬對(duì)上述自系統(tǒng)在工廠級(jí)局域網(wǎng)（TCP/IP以太網(wǎng)）上進(jìn)行系統(tǒng)集成為FMCS。用戶不僅可以在局域網(wǎng)上瀏覽和操作FMCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，還可以借助于國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)Internet，在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間查看、瀏覽和操作FMCS系統(tǒng)。 　　FMCS的各子系統(tǒng)都具有獨(dú)立的硬件和豐富的軟件功能，在實(shí)現(xiàn)底層物理連接和標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議之后，由軟件功能實(shí)現(xiàn)信息共享和交換是系統(tǒng)集成的關(guān)鍵內(nèi)容。各子系統(tǒng)與FMCS的信息數(shù)據(jù)流如下： 　　l EMS與FMCS數(shù)據(jù)流 　　A. 接受FMCS的控制指令：如預(yù)制空調(diào)控制模式及參數(shù)設(shè)定，火警聯(lián)動(dòng)控制，廠房環(huán)境控制設(shè)備的啟停。 [align=center] 圖1 FMCS系統(tǒng)組成及信息流示意[/align] 　　B.向FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程參數(shù)和歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)大型設(shè)備運(yùn)行累計(jì)報(bào)表，各種報(bào)警及報(bào)表，現(xiàn)場(chǎng)控制器運(yùn)行狀態(tài)等。 　　l FA與FMCS數(shù)據(jù)流 　　向FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：各防區(qū)探測(cè)設(shè)備狀態(tài)和各控制主機(jī)運(yùn)行的累計(jì)報(bào)表，報(bào)警及與其它子系統(tǒng)報(bào)警信息。 　　l DCS與FMCS數(shù)據(jù)流 　　A.FMCS的控制指令：預(yù)制生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的控制模式，控制參數(shù)及報(bào)警參數(shù)設(shè)定，報(bào)表預(yù)制。 　　B.FMCS發(fā)送數(shù)據(jù)：實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)，報(bào)警數(shù)據(jù)，設(shè)備運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。 3 FMCS集成方案 　　3.1 系統(tǒng)硬件集成 　　由于類(lèi)屬于EMS的HVAC系統(tǒng)包含有兩個(gè)部分，其一 為舒適型空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，此多為工廠非生產(chǎn)區(qū)的環(huán)境控制，如辦公樓，寫(xiě)字間等，相對(duì)控制工藝簡(jiǎn)單，采用SIEMENS樓宇科技的APPOGE 600 系統(tǒng)即可勝任。其二為生產(chǎn)區(qū)潔凈系統(tǒng)，工藝要求復(fù)雜，控制精度要求較高，該系統(tǒng)控制品質(zhì)的優(yōu)良直接影響企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，所以選用SIEMENS S7—300型PLC作為主控制器，PLC系統(tǒng)與樓控系統(tǒng)的集成通過(guò)網(wǎng)關(guān)，在相對(duì)底層進(jìn)行集成，這樣的集成保證了HVAC系統(tǒng)的完整性，可作為獨(dú)立子系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行。另外同屬于EMS的電梯控制系統(tǒng)和動(dòng)力配電系統(tǒng)也是通過(guò)網(wǎng)關(guān)在底層進(jìn)行集成. HVAC系統(tǒng)主機(jī)上運(yùn)行的是WINDOWS NT平臺(tái)上的Insight軟件,它是SIEMENS樓宇科技多任務(wù)環(huán)境功能強(qiáng)大的軟件包.除具備所有完整的HVAC控制策略外,它還是一個(gè)理想的OPC Server. 　　FA火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)屬于第三方提供的子系統(tǒng)，國(guó)家對(duì)該系統(tǒng)的施工,方案組織和實(shí)施都有相應(yīng)嚴(yán)格的規(guī)定.對(duì)FA系統(tǒng)集成的原則上在局域網(wǎng)上通過(guò)OPC Server技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一般情況下，F(xiàn)A主機(jī)上運(yùn)行的系統(tǒng)軟件都能提供COM/DCOM的接口組件。也有部分廠家的產(chǎn)品不具備上述軟件接口協(xié)議，而僅提供基于RS-232或RS-485的通用或?qū)Ｓ脜f(xié)議,在這種情況下,就需要自行開(kāi)發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的ActiveX控件或OPC Server,使FA系統(tǒng)在工廠局域網(wǎng)上開(kāi)放并能夠共享其系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 [align=center] 圖2 FMCS系統(tǒng)集成示意圖[/align] 　　DCS系統(tǒng)也屬于第三方提供的系統(tǒng),目前傾向采用的方案是以PLC作為現(xiàn)場(chǎng)工藝流程控制的基控制器,并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分布的各控制器集中起來(lái),從而實(shí)現(xiàn)DCS分散控制,集中管理的功能.由于所采用的PLC的不同,其聯(lián)網(wǎng)方式也會(huì)有所不同.目前大多數(shù)PLC產(chǎn)品都支持以太網(wǎng)Ethernet的組網(wǎng)方式,用以太網(wǎng)組網(wǎng),可以充分利用工廠企業(yè)網(wǎng)Intranet信息點(diǎn)資源,利用企業(yè)結(jié)構(gòu)化綜合布線的基礎(chǔ),可十分方便地縱向集成DCS系統(tǒng).DCS操作軟件采用Intellution公司iFIX軟件,該軟件不僅具備豐富和優(yōu)良的HMI界面,而且可直接驅(qū)動(dòng)著名企業(yè)的數(shù)百種控制器或I/O設(shè)備,其自身既可以作為一個(gè)OPC Server,也可作為OPC Client,并且全面支持ODBC API接口,可直接把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)寫(xiě)入一個(gè)或多個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù),也可從關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)回寫(xiě)數(shù)據(jù)到iFIX實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中.為系統(tǒng)集成奠定了技術(shù)基礎(chǔ),是目前工業(yè)控制領(lǐng)域中首選的軟件產(chǎn)品. 　　FMCS主機(jī)在宏觀上講,是所有各子系統(tǒng)OPC Server的客戶端,完成低端的接口驅(qū)動(dòng),并通過(guò)ODBC接口,向FMCS主服務(wù)器構(gòu)建共享的大型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù). 　　FMCS主服務(wù)器實(shí)際上就是一個(gè)Microsoft SQL Server,該服務(wù)器的構(gòu)建可視工廠企業(yè)網(wǎng)Intranet上數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的具體情況而定,或合并,或分散,要以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)負(fù)荷均衡,工作協(xié)調(diào)為原則. 　　整個(gè)FMCS客戶端的數(shù)據(jù)瀏覽采用基于WEB頁(yè)的瀏覽器/服務(wù)器,即B/S結(jié)構(gòu).隨著Internet愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用,原來(lái)基于LAN的企業(yè)網(wǎng)開(kāi)始采用Internet的技術(shù)來(lái)構(gòu)建,即所謂的Intranet.于是這種B/S結(jié)構(gòu)模式應(yīng)運(yùn)而生,并且獲得飛速發(fā)展,成為眾多廠家爭(zhēng)相采用的一種技術(shù). 　　3.2系統(tǒng)軟件集成 　　系統(tǒng)集成的功能最終是由軟件實(shí)現(xiàn)的,而軟件技術(shù)的核心和基礎(chǔ)即是OPC Server,ActiveX,COM/DCOM;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器軟件SQL Server或Oracle又是其密不可分的組成部分;DHTML,ASP以及VB或JAVA腳本語(yǔ)言等Web技術(shù)是其最終的表現(xiàn)手段. 　　OPC（OLE For Process Control）是與廠商無(wú)關(guān)的軟件數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口和規(guī)程，由微軟倡導(dǎo)而成立,主要解決過(guò)程控制系統(tǒng)與其數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，可在各應(yīng)用之間提供一種透明的數(shù)據(jù)訪問(wèn)?？梢哉f(shuō)OPC是工業(yè)監(jiān)控軟件的現(xiàn)場(chǎng)總線。其基本思想是：每個(gè)硬件廠商為其設(shè)備開(kāi)發(fā)一個(gè)通用的數(shù)據(jù)接口（既OPC Server）,供其它系統(tǒng)讀寫(xiě)信息，應(yīng)用軟件也通過(guò)OPC規(guī)范的接口來(lái)讀寫(xiě)硬件設(shè)備的信息（作為OPC Client）。通過(guò)OPC Server訪問(wèn)過(guò)程數(shù)據(jù)，可以克服異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的差異。采用OPC技術(shù)，可以完全解決FMCS集成子系統(tǒng)之間的互聯(lián)性和互操作性問(wèn)題，構(gòu)造真正開(kāi)放、通用的FMCS系統(tǒng)。 　　將各個(gè)硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和通訊程序封裝成獨(dú)立的OPC數(shù)據(jù)，可以獨(dú)立運(yùn)行或嵌入式運(yùn)行，從而能夠最大限度挖掘硬件的潛力，提高驅(qū)動(dòng)程序的性能。一方面，上層應(yīng)用軟件可以不關(guān)心硬件的性能特點(diǎn);另一方面，由于硬件程序和上層應(yīng)用的相對(duì)獨(dú)立，硬件性能的變動(dòng)不影響上層應(yīng)用軟件的使用，使硬件可在遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議的基礎(chǔ)上獨(dú)立升級(jí)，軟件開(kāi)發(fā)商不必因硬件的特性改變或重寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序。 [align=center] 圖3 基于OPC應(yīng)用的軟硬件結(jié)構(gòu)[/align] 　　同時(shí)，因?yàn)橛布?qū)動(dòng)的OPC服務(wù)器建立在上位機(jī)中，所以上層應(yīng)用與OPC服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換是應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換關(guān)系,不需要包含各自的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，這可以避免多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序同時(shí)訪問(wèn)可能引起的沖突。 　　此外，硬件驅(qū)動(dòng)程序封裝成OPC服務(wù)器后，相對(duì)于底層與硬件設(shè)備間的軟件通訊協(xié)議是不可見(jiàn)的，使硬件廠商的技術(shù)得到有效的保護(hù)。使用OPC技術(shù)還可使控制系統(tǒng)模塊化，開(kāi)放性和重用性大為提高。上層應(yīng)用OPC數(shù)據(jù)客戶端，可以不包含任何通訊接口程序，不必關(guān)心低層硬件的實(shí)現(xiàn)，只需遵循OPC數(shù)據(jù)接口協(xié)議，就能夠從不同的硬件廠商提供的OPC數(shù)據(jù)服務(wù)器中取得數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的靈活配置的多種系統(tǒng)的真正意義上的集成。 　　以上所述,我們會(huì)認(rèn)為OPC主要解決了底層硬件設(shè)備的I/O驅(qū)動(dòng)的問(wèn)題,實(shí)際上,OPC技術(shù)規(guī)范還解決了大量的應(yīng)用層之間的數(shù)據(jù)交換,如各子系統(tǒng)EMS,FA和DCS操作站軟件之間數(shù)據(jù)共享,使以上子系統(tǒng)從應(yīng)用的角度看上去,更象一個(gè)智能化的"超級(jí)"設(shè)備.FMCS正是將EMS,FA和DCS系統(tǒng)當(dāng)作這樣一個(gè)"超級(jí)"設(shè)備來(lái)進(jìn)行集成的,如圖3 所示. 　　利用ActiveX技術(shù)也是一種系統(tǒng)集成的途徑,這對(duì)那些不提供OPC技術(shù)規(guī)范,而僅提供此類(lèi)接口規(guī)范的設(shè)備和系統(tǒng)比較適用. ActiveX是OLE在Internet上的擴(kuò)展, 它的出現(xiàn)使OLE技術(shù)得以進(jìn)入Internet和Intranet. ActiveX的技術(shù)包括文檔,控件,COM/DCOM組件,超級(jí)鏈接,服務(wù)器擴(kuò)展以及腳本語(yǔ)言等.ActiveX控件可以在非網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中使用,還可以嵌入到基于Web頁(yè)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中.通過(guò)在HTML文件中激活一個(gè)非HTML文件,可以訪問(wèn)諸如WORD,EXCEL等文檔.服務(wù)器擴(kuò)展使用DLL（動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)）實(shí)現(xiàn)并提供某些Http服務(wù)器沒(méi)有提供的功能,如數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接等. 　　OPC Server和ActiveX技術(shù)同屬于OLE（對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)）技術(shù),其基礎(chǔ)都是COM.COM（Component Object Model）為OLE規(guī)范了編程模型和二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn),定義并實(shí)現(xiàn)了軟部件機(jī)制,并將這種軟部件統(tǒng)稱為"對(duì)象",這種"對(duì)象"很像C++的類(lèi),也支持封裝,具有多態(tài)性和可重用性,它包含兩種成員,即屬性和方法.但是作為二進(jìn)制象,COM關(guān)心的是與其他對(duì)象的接口,不關(guān)心如何與外部交互. COM不是一種編程語(yǔ)言,它是一種能使軟部件作為對(duì)象進(jìn)行相互作用的二進(jìn)制標(biāo)準(zhǔn). DCOM是COM在網(wǎng)絡(luò)上的延伸和擴(kuò)展. 4 結(jié)論 　　FMCS 系統(tǒng)信息集成應(yīng)用模型的設(shè)計(jì)應(yīng)完全企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)Intranet之上，通過(guò)Web服務(wù)器和瀏覽器技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的信息交互、綜合與共享，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的人機(jī)介面和跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。因此可以真正做到局域網(wǎng)和遠(yuǎn)程信息的時(shí)實(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)資源的綜合共享，以及全局事件快速的處理和一體化的科學(xué)管理。 參考文獻(xiàn)： 　　[1] 陸傳良 智能化建筑導(dǎo)論 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 1996，6 　　[2] 刑建春，等 工業(yè)控制軟件互操作標(biāo)準(zhǔn)OPC綜述[J] 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2001，1