余平
（江蘇創博工程技術有限公司 江蘇214072）
摘 要：貝加萊的可編程自動化控制器（PCC）與數據通訊網絡具有全開放、易擴展、處理能力強和通訊功能強大等優點。本文介紹了以其為主構建的東海糧油食用油罐區監控管理系統，著重描述了該系統的硬件構成、主干通訊網絡的分布式體系和冗余環網結構、實時數據庫軟件與標準OPC協議以及該系統的主要功能及其特點。
關鍵詞：食用油罐區；監控管理系統；貝加萊可編程自動化控制器；實時數據庫軟件；OPC協議
中圖分類號：TP29 文獻標識碼：B
0 引言
東海糧油工業（張家港）有限公司（以下簡稱東海糧油）是由兩家世界500強企業——中國糧油食品 (集團)有限公司、美國ADM公司與新加坡KENSPOT公司聯合，共同投資興建的大型企業。它是著名的“福臨門”系列食用油的主要生產基地之一，也是全球最大的綜合糧油食品加工基地之一。為了配合國家食用油戰略儲備計劃的實施，東海糧油在原有一、二號罐區的基礎上，新建了三號和四號罐區，并還將陸續增建其它罐區，形成龐大的食用油戰略儲備基地。所有新建罐區的監控系統目前均采用貝加萊工業自動化提供的成熟產品——可編程自動化控制器PCC—2005系列作為其現場數據采集及控制站。
1 監控系統的結構
1.1 系統硬件構成
如圖1所示，該系統的數據通訊網絡包括兩層主干通訊網絡——上層的管理網（工業以太網）和中層的控制網（高可靠性的冗余光纖環網）以及底層的現場總線。管理網與控制網通過光纖環網的光纖交換機和工業以太網的電氣交換機連接。若按功能劃分，則該系統可分為數據采集與控制級（I級）和監視管理級（II級）。
I級系統以多臺貝加萊的PCC為核心，包括各現場PCC站、中控室監控計算機和碼頭監控系統等設備。各PCC均掛接于控制網（冗余光纖環網）上，它們與各自的遠程擴展裝置分別通過POWERLINK、PROFIBUS-DP和CAN等現場總線實現數據交換。
II級系統則以系統的數據服務器為核心，包括兩臺工作站和多臺Web客戶機和局域網客戶機。它們均通過數據交換機接入工業以太網以實現數據資源共享。
1.2 主干通訊網絡的分布式體系和冗余環網結構
整個罐區的通訊網絡采用基于TCP/IP協議以及Server/Client配置方式的分布式體系結構，支持實時數據共享和分布式數據庫，易于擴展采用以太網和TCP/IP協議構建的通訊網絡平臺，并通過標準OPC協議實現數據服務器與各PCC之間的數據交換。同時控制器的各設備供應商均提供以態網接口，能實現從底層到最上層的無縫連接和實時、高速的數據傳輸。
為了確保整個網絡系統的安全性和可靠性，采取了以下措施：
（1）在主干通訊網絡上使用冗余的光纖和電氣交換機，確保了整個通訊網絡的可靠性。
（2）在數據交換技術上采用接點帶寬控制、圍欄技術和流量有序控制技術，使數據在傳輸過程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。
（3）網絡傳輸介質采用冗余環行光纖回路，若發生任意一處光纖介質的損壞，通訊路徑仍可以自動路由到其它通道，這樣就確保了整個數據通訊鏈路不會由于局部損傷而導致中斷。
1.3 實時數據庫軟件與標準OPC協議
在數據服務器中裝入實時數據庫軟件，通過標準的OPC協議采集貝加萊PCC的實時數據，以PCC作為OPC server，實時數據庫軟件作為OPC client。數據服務器將采集的數據直接以web 的形式提供給局域網上的各用戶，各客戶端能利用標準的IE瀏覽器進行數據瀏覽和分析等操作。實時數據庫用來存放原始數據和修正后的數據，來自該系統中各生產過程PCC分站的采集數據和手工錄入數據以及修正后的數據，均應保存在實時數據庫中。數據服務器軟件應對各種來源、各種類型的數據進行合理組織，以標準化的數據結構存儲于實時數據庫中，既應保證數據的完整性和一致性，也應方便數據的查詢和應用。
圖1 罐區監控系統的硬件結構
2監控管理系統的主要功能及其特點
食用油罐區進、銷、存數據采集、監控、管理系統，是集成了網絡信息管理技術而設計開發的針對不同應用場合的油品儲運計算機監控管理系統，它通過信息的集成和網絡化管理實現了對油品進、銷、存的自動化監控和管理。在整個自動化監控管理系統中，貝加萊PCC產品的許多功能和優勢都得到很好的發揮。
2.1高精度實時測量模塊的應用
罐內油的工藝參數測量包括液位、溫度、壓力、密度、流量、凈油量等的實時數據和趨勢曲線。所有罐體均采用高精度激光雷達液位計進行測量液位，再根據罐容表、密度、壓力、溫度等參數計算出罐內油的重量。由于雷達液位計的測量精度可達1mm，普通模擬量輸入模塊的精度不夠，所以選用了貝加萊的AI780高精度模塊，其分辨率可達16bit，而且該模塊的供電方式靈活，可節省硬件成本。
針對流量計檢測信號的特點，選用了貝加萊DI450高速計數模塊，準確地獲得了流量測量數據。
2.2 PCC的超大內存容量和強大的計算功能
這是貝加萊PCC產品的優勢所在。對于計算每個罐體內油品的重量，過去常用的方法是通過PLC采集各相關參數，上位計算機再根據罐容表進行查詢，并利用相關公式進行計算。由于整個罐區內共有數百個罐體，僅罐容表（數據）就有厚厚一打書，電腦查詢和計算一遍所需的時間很長，經常造成計算機死機。該系統采用在PCC中開辟內存，把罐容表中的各項數據直接寫入PCC的FIXROM中，根據實際檢測到的液位參數，使用動態指針直接查詢罐容表，再按照有關公式即可立即計算出油品重量，上位計算機只需實時顯示即可。整個過程可在毫秒級內完成，這極大地減輕了上位計算機的計算任務，使整個監控系統的實時性大大提高。
2.3 方便、靈活的I/O擴展方式
整個罐區（1#~4#）的PCC均采用了擴展I/O配置方式。如比較常用的遠程I/O擴展方式，以及貝加萊致力推廣的POWERLINK總線擴展方式。
（1）遠程I/O擴展方式：最大距離為1200m，擴展站的數目最多可達31個遠程從站，傳送速率在100k~2M Band之間，成本低廉，結構簡單，通過屏蔽雙絞線即可連接。
（2）ETHERNET POWERLINK總線擴展方式 (采用B&R的快速以太網協議)，完全建立在標準快速以太網上，因此它完全符合標準以太網的拓撲結構和物理特性。它的傳輸速率最高為100Mbps，使用帶RJ45插頭的標準雙絞線電纜（超五類電纜）連接。網段長度為100m，支持星型和樹狀結構。
2.4 強大的通訊功能
（1）PROFIBUS-DP主要用于自動化系統的主控設備與分散的I/O和控制裝置之間的數據通信。它能實現控制底層的較高速度的數據傳輸，主站周期地讀取從站的信息并向從站發送信息。碼頭監控系統的PCC通過PROFIBUS—DP現場總線與和六套托利多的稱量儀表進行通訊，實時采集每次稱量的重量和累計重量，并進行稱量值的實時趨勢分析，以控制管道閥門的開閉和油泵的啟停。
（2）通過RS485串口進行數據通訊。在PCC站中配置RS485通訊卡，它與布勒打包稱的稱重終端進行點對點通訊，實現數據采集。
（3）UDP /TCP協議。UDP和TCP協議的主要區別是兩者在如何實現信息的可靠傳遞方面有所不同。TCP協議中包含了專門的傳遞保證機制，當數據接收方收到發送方傳來的信息時，會自動地向發送方發出確認信息，發送方只有在接收到該確認信息后才能繼續傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止。與TCP不同，UDP協議并不提供數據傳送的保證機制。如果在從發送方到接收方的傳遞過程中出現數據報文的丟失，協議本身并不能做出任何檢測或提示。因此，通常人們把UDP協議稱為不可靠的傳輸協議。
在整個罐區監控系統中的1#~4#罐區子系統，它們既是各自獨立又是互為連鎖的，為此，各套PCC站的CPU之間需要通過冗余光纖環網保持雙向數據通訊。該系統采用了TCP/IP協議和UDP報文協議，較好地實現了不同罐區之間的倒罐和碼頭遠程啟/停泵等功能。
2.5 豐富的罐區動態功能畫面
為了給該系統的操作和管理人員提供便于監視和操作的人機界面，該系統設計并組態了數十幅動態功能畫面，其中某些主要畫面示例如下：
圖2 油罐區畫面
圖3 油泵房畫面
圖4 油罐區閥門畫面
圖5 裝車臺畫面
圖6 罐容表操作畫面
圖7 進出油操作管理畫面
2.6 其它功能
（1）當發生罐或管道泄露、油位超限、水位超限、可燃氣體超標等異常狀況時，發出聲光報警信號。
（2）該系統集成了各種控制功能，如油罐進/出油操作與液位之間的聯鎖、泵與閥門的聯鎖
控制和報警系統等。
（3）配備了開放型接口，可以與現有的及最新的各種罐區測量系統連接，并可利用標準網
絡技術擴展系統 。
（4）可進行油罐庫存歷史數據查詢，并顯示其歷史趨勢曲線，還可根據歷史數據完成各種
統計和計算，如歷史庫存量、進出油量等。
（5）可實現油站進貨管理、庫存管理、銷售管理和客戶管理。
（6）利用網絡技術可進行遠程訪問，對數據訪問者有登錄權限管理，保證了系統的信息安
全和可靠。
3 結束語
運行實踐表明，以貝加萊PCC—2005系列可編程自動化控制器為主構建的東海糧油食用油罐區監控管理系統，具有全開放、可靠性高、安全性好、計算速度快、通訊功能強大和監視操作畫面豐富等優點，全面達到了設計指標，完全滿足了食用油罐區監控管理的工藝要求。
參考文獻：
[1]齊蓉《可編程計算機控制器高級技術》，西北工業大學出版2000。
[2]貝加萊工業自動化軟件及硬件技術手冊，2001
作者簡介：
余平 男 1970年畢業于安徽工業大學自動化儀表專業，工學學士，工程師。主要從事工廠自動化開發與應用等方面工作。