（计算机应用技术专业论文）洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现.pdf

第一章绪论 中文摘要 当前工厂运行的监控系统中，有很大一部分都是早期开发的，受早期软件和网 络技术发展的影响，多数组态软件没有w e b 发布功能，无法实现工厂数据的共享和 集成。随着网络和w e b 技术的发展和社会的进步，企业逐步向管理与控制一体化转 变，现场数据和管理数据的共享和融合已成为必然的发展趋势。本文以山西某洗煤 厂为应用对象，针对管控脱节的现状和应用需求，对其早期的自动化系统进行改造， 在此基础上，开发一套集生产信息和控制数据相结合的综合生产管理系统，实现监 控系统数据的w e b 发布和生产数据的信息化管理。 本文的研究工作主要包括两个方面，一方面是在保证原有系统安全运行的前提 下，从现场监控系统中获取现场数据，然后把数据传输到w e b 服务器，实现监控数 据的w e b 实时发布功能；另一方面是开发上层的信息管理系统，实现工厂数据的信 息化管理。实现现场数据的w e b 发布分四步来完成：( 1 ) 对常用的几种数据交换方式 ( 如d d e 、o p c 、v b a 、o d b c 等) 和r s v i e w 3 2 提供的功能进行研究，确定监控数 据的读取方式，获得监控数据。( 2 ) 从监控系统的安全性和数据传输量方面考虑，读 取的数据打包处理后，通过串口传输到w e b 服务器。( 3 ) $ i 口接收到的数据在发布之 前，暂时存储在c o m 缓冲服务器中，需要时通过缓冲器提供接口函数来读写数据。 ( 4 ) 信息管理系统运行在w e b 服务器上，数据的最终发布由信息管理系统中的功能模 块来实现，主要有实时画面和趋势图两种形式。实时画面发布采用截取监控背景图、 补实时数据的方式，趋势图发布采用j a v a s c r i p t 脚本来描绘曲线。信息管理系统的开 发选用b s 模式，通过对其生产、化验、调度等科室的数据和需求进行分析，采用 p o w e rd e s i g n e r 建模工具来建立系统的概念数据模型，最终生成系统的s q ls e r v e r 数据库，并在该数据库平台上以v s 2 0 0 5c 拌为工具开发信息管理系统。信息管理系 统的功能主要有数据录入模块、数据查询模块、报表管理模块、数据的w e b 发布模 块，以及用户、新闻、留言、通知、数据库等常用管理模块。 实际测试表明，本系统方案可行、运行稳定，所采用的方法具有一定的通用性， 只要是支持o p c 规范的组态软件所开发的监控系统，都可以采用此方法，实现现场 数据的w e b 发布和共享，不受访问客户端数量的限制，既经济又实用。 关键词o p c ；c o m 服务器；r s v i e w 3 2 ；a j a x 技术 第一章绪论 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，m a n ym o n i t o r i n gs y s t e m sr u n n i n gi nt h ef a c t o r ya r ee a r l y d e v e l o p e d b e c a u s eo ft h ei m p a c to ft h ed e v e l o p m e n to f t h es o f t w a r ea n dt h e n e t w o r kt e c h n o l o g y , m o s to ft h ec o n f i g u r a t i o ns o f t w a r eh a sn of u n c t i o nt o d i s t r i b u t et h er e a l t i m ed a t a ，a n di ti si m p o s s i b l et oa c h i e v et h ei n t e g r a t i o n a n dt h es h a r e do ft h ed a t af r o mp r o d u c t i o n a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to f t h en e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h es o c i e t y sp r o g r e s s ，t h ee n t e r p r i s ei sg r a d u a l l y t r a n s f o r m i n gt ot h ei n t e g r a t i o no ft h em a n a g e m e n ta n dt h ec o n t r 0 1 i ti s a n i n e v i t a b l et r e n do fd e v e l o p m e n tf o rt h ed a t af r o mt h em a n a g e m e n ta n dt h e c o n t r o lt ob es h a r e da n di n t e g r a t e d i nt h i sp a p e r , aw a s h e r yi ns h a n x ii s t a k e na sa na p p l i c a t i o no b je c t i nv i e wo ft h ed e m a n do ft h ea p p l i c a t i o na n d t h es t a t u st h a tt h em a n a g e m e n ti si s o l a t e df r o mt h ec o n t r o l ，t h e e a r l y a u t o m a t e ds y s t e ms h o u l db et r a n s f o r m e d o nt h i sb a s i s ，a ni n t e g r a t e ds y s t e m ， w h i c hi n t e g r a t e st h ei n f o r m a t i o nf r o mt h em a n a g e m e n ta n dt h ed a t af r o mt h e c o n t r o l ，s h a l lb ed e v e l o p e d t h es y s t e mn o to n l yd i s t r i b u t e st h ei n d u s t r i a l r e a l t i m ed a t ab u ta l s or e a l i z e st h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to ft h ed a t af r o m p r o d u c t i o n i nt h i sp a p e r , t h er e s e a r c hw o r km a i n l yi n c l u d e st w oa s p e c t s o nt h eo n e h a n d ，u n d e rt h ep r e m i so fg u a r a n t i n gt h es a f e t ym o v e m e n to ft h eo r i g i n a l s y s t e m ，i ti st og a i nt h ef i e l dd a t af r o mt h em o n i t o r i n gs y s t e m t h e nt h ed a t a i st r a n s m i t t e dt ot h ew e bs e r v e ro nw h i c ht h er e a l t i m ed i s t r i b u t i o no ft h ed a t a i sr e a l i z e d o nt h eo t h e rh a n d ，t h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi s d e v e l o p e dt oa c h i e v et h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to f t h ef a c t o r yd a t a t h e r e f o u rs t e p st oc o m p l e t et h ed i s t r i b u t i o no ft h ef i e l dd a t a f i r s tt h er e s e a r c ho n s e v e r a lw a y so ft h ed a t ae x c h a n g e ( f o re x a m p l ed d e ，o p c ，v b a ，o d b c a n ds oo n ) a n dt h ef u n c t i o np r o v i d e db yr s v i e w 3 2s h o u l db ec a r r i e do n t h e m e t h o do fg a i n i n gt h ed a t ai sd e t e r m i n e da n dt h ed a t aw i l lh a v e b e e n o b t a i n e d s e c o n d l y , t a k i n gi n t oa c c o u n tt h es e c u r i t yo ft h em o n i t o r i n gs y s t e m a n dt h ec a p a c i t yo ft h ep r o c e s so fd a t at r a n s m i s s i o n ，t h es e r i a lp o r ti sc h o o s e i i i t ot r a n s m i tt h ed a t ad e a lw i t ha n dp a c k e dt ot h ew e bs e v e r t h i r d l y , t h ed a t a w h i c hm er e c e i v e ro ft h es e r i a lp o r tr e c e i v e si st e m p o r a r i l ys t o r e d 1 1 1t h e c o ms e r v e r w h e nn e e d e d ，t h e ya r er e a da n dw r i t t e nt h r o u g ht h ei n t e r f a c e 如n c t i o no ft h ec o ms e r v e r f i n a l l y , t h ed i s t r i b u t i o no f t h e mi sc o m p l e t e db y s o m em o d u l eo ft h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c h r u n so nt h ew e b s e r v e r t h e ya r ed i s t r i b u t e di nt h e f o r m so ft h er e a l _ t i m ep i c t u r ea n dt h e t e n d e n c yc h a r t t h er e a l - t i m ep i c t u r e i sd i s t r i b u t e db ys u p p l e m e n t i n gt h e r e a l t i m ed a t ao nt h em o n i t o r i n gb a c k g r o u n dg r a s p e df r o mt h em o n i t o r i n g s y s t e m t h er e a l t i m et e n d e n c yc h a r ta n dt h eh i s t o r i c a lt e n d e n c yc h a r t a r e d e s c r i b e db yc a l l i n gm e t h o d so ft h ej a v a s c r i p ts c r i p t t h ea r c h i t e c t u r eo f t h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mi si nt h ef o r mo fb r o w s e r s e r v e r a f t e rt h e d a t af r o mt h el a b o r a t o r y , t h ep r o d u c t i o na n dt h es c h e d u l i n ga n dt h er e q u e s t 行o mt h eu s e ra r ea n a l y z e d ，am o d e l i n gt o o lc a l l e dp o w e rd e s i g n e r i su s e dt o e s t a b l i s had a t a b a s eo ft h es y s t e m i nt h ep l a t f o r mo ft h ed a t a b a s e ，t h e v s 2 0 0 5i su s e dt od e v e l o pt h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m t h es y s t e m h a sa c h i e v e dal o to ff e a t u r e s ，w h i c hi n c l u d e st h ei n p u t t i n g o fd a t a ，t h e q u e r y i n go fd a t a ，t h ep r o c e s so fr e p o r ta n d t h ed i s t r i b u t i o no ft h ed a t aa n ds o o n i na d d i t i o n ，t h e r ea r ec o m m o nf e a t u r e st ob ea c h i e v e d ，s u c ha su s e r s , n e w s ，m e s s a g e ，n o t i c e sa n d s oo n t h ea c t u a lt e s ti n d i c a t e dt h a tt h ep l a no ft h es y s t e mi s f e a s i b l ea n dt h e m o v e m e n to ft h es y s t e mi ss t a b l e i nt h i sp a p e r , t h em e t h o du s e dh a sa l o to f v e r s a t i l i t i e s t h em o n i t o r i n gs y s t e m ，w h i c hi sd e v e l o p e db yu s i n g t h e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r es u p p o r t i n go p cs p e c i f i c a t i o n ，c a nu s ei tt or e a l i z et h e w e bd i s t r i b u t i o na n dt h es h a r i n go ft h ef i e l dd a t a i th a sn ol i m i to nt h e n u m b e ro fc l i e n tt ou s et h em e t h o d ，w h i c hi sb o t he c o n o m i c a la n dp r a c t i c a l k e yw o r d so p c ；c o ms e r v e r ；r s v i e w 3 2 ；a j a xt e c h n o l o g y i v 声明尸明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 作者签名：一一一三堑l 觅l 日期：j 塑孕釜盈j 咀一 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原科技大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件、复印 件与电子版；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存 学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交 流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 作者签名：二型4 _ 蓝釜一日期：出专垦上址 导师签名： 盗墨兰苎日期：圭! 12 ： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 背景及意义 近年来随着计算机、通信等相关领域技术，特别是网络技术及现场总线技术的迅速 发展，使工业控制的应用范围进一步扩大，工业过程控制的概念也发生了很大的变化。 过去的控制工作主要是面向生产过程，而现在工业自动化的明确目标是在整个企业甚至 是整个行业内获取并传输过程控制信息，逐步形成管理与控制一体化。在工业现场，不 论是各种现场总线，还是d c s ，或者是简单的p l c 控制，通信和联网已经成为必然发 展方向。工业企业信息与控制系统向i n t c m c t i n t r a n c t 的迁移，网络体系结构由c s 向着 b s 模式的转变已成为发展的趋势【1 】【2 】。这就对工业控制系统的开放性及如何更好的发 布生产信息提出了更高的要求。 组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动控制系统监控层一级 的软件平台和开发环境，以其灵活多变的组态方式为用户提供了良好的开发界面和简捷 的使用方法，其预设的软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，现今已 成为工业监控中的主流技术，并且随着网络和w e b 技术的发展都已经集成了网络发布功 能，实现了企业生产控制信息的共享，并且随着其它技术( 如d d e 、o p c ) 的成熟，完全可 以实现生产控制系统和信息管理系统的数据集成，实现管控一体化。但是对于多年前开 发的生产控制系统，大多数的组态软件是不支持网络发布功能，控制系统为封闭的系统 ( “自动化孤岛”) ，与厂内其它管理计算机( 节点) 没有任何联系，给生产数据的处理和共 享带来了诸多的不变。另外，现代企业之间的竞争越来越激烈，企业在激烈的竞争中要 想立于不败之地，就要不断的提高自身的管理水平，要能及时的掌握现场的各种生产信 息，以便及时的制定出相应的政策来适应多变的市场。在这种竞争环境下，对很大一部 分企业来说，开发一套具备集成旧监控系统的发布功能和企业信息管理功能的系统，实 现企业的管控一体化，是当前一项紧迫的任务，同时在自动化行业中也有着很好的经济 实用价值和广阔的应用前景。 洗煤厂是典型的流程型企业，使用高度机械化、连续作业的生产线，也是一种典型 的工业自动化控制系统。现今大多数沈煤厂的监控系统都是很多年前开发的，所采用的 组态软件不具备网络发布的功能，并且厂里数据处理仍然处于手工记录和统计水平，没 有任何相关配套的信息管理系统，其生产和管理上面临的问题也是众多自动化行业所面 临的。本论文针对开发山西某洗煤厂的生产控制综合管理系统进行研究，以解决洗煤厂 当前面临的管理落后、以及生产和管理脱节的问题。 洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现 1 2 生产控制和管理集成常用的技术 目前国内自动化项目实施过程中不同厂家的设备种类越来越繁多，软硬件之间的通 讯协议没有统一的标准，开发自动化监控系统所采用的组态软件也有1 0 多种，企业在 系统联网中遇到的通信协议多样化问题，越来越突出，己严重影响到自动化系统的性能、 工期、成本及稳定。在系统集成过程中，各厂家设备的通信协议转换和联网花费了大量 的调试时间和费用，造成了大量的人力物力浪费，大大影响了工程进度。因此，解决自 动化系统通信协议转换的简化及标准化这一问题意义重大。o p c 规范的推出就是为了解 决这一瓶颈问题。o p c 经过多年的应用，已经被各大软硬件厂商所接受，成为事实上的 软件互连标准。 o p c 规范是1 9 9 6 年由o p c 基金会提出的工业控制软件接口标准，o p c 是o l ef o r p r o c e s sc o n t r o l 的缩写，即把o l e 应用于过程控制领域o p c 建立于o l e 规范之上，它为 工程控制提供了一种标准的数据访问机制【3 】。o p c 是为了解决应用软件与各种设备驱动 程序的通信而产生的一项工业技术规范标准它采用客户机n 务器体系，为硬件厂商和应 用软件开发者提供了一套标准接口。o p c 接口标准关键在于提供了一种开放、高效的通 信机制，它所关心的是现场数据的存取方式而不是实际的数据类型，它给工业监控软件 提供了一种一致的存取现场设备数据的方法【4 】。同时o p c 是基于m i c r o s o f t 公司的 c o m d c o m 连接技术的新一代工业自动化控制软件部分，它也实现了不同应用软件之 间的数据通信问题，现在的大多数组态软件都集成了o p c 服务器功能，方便与v b 、 v c 等其它编程语言开发的应用系统相互通信，另外还有d d e ，o d b c ，v b a 等技术， 在工业自动化监控系统和信息管理相互通信方面得到好的应用。 w w f f ( w o r l dw i d ew e b ) 已经成为信息交换的一种很有效的方式。w w w 是基于 i n t e m e t 的，全球连接的，分布的，动态的，多平台的交互方式图形超文本信息系纠5 1 。 它利用多种协议去传输和显示驻留在互联网计算机上的多媒体信息。在各种应用程序和 浏览器的推动下，w 曲很快成为i n t e m e t 上发布文本和多媒体信息的一种有效手段【6 】。 w e b 是一个开放的环境，应用由重用组件集成，通过标准语言汇编、跨平台的统一t c p i p 协议发布，用标准用户界面显示，它与硬件平台和操作系统无关，w e b 交互式应用主要 表现在两个方面，一是与动态数据库链接的用户查询；一是对动态数据的处理。随着互 联网技术的发展和以太网进入控制领域，基于b s 工作模式的w e b 技术以成为工业数 据通信和控制网络中的热点【7 】，近几年采用w 曲技术与o p c 等其它技术相集合的方式， 或者计算机网络和控制网络相结合，在分布式控制和远程控制方面得到了很好的工程应 用效果。 2 第一章绪论 b s 结构是随着i n t e r a c t 技术的兴起，对c s 模式的一种变化或改进的软件体系结构。 在这种结构下，用户界面完全通过w w w 浏览器来实现，一部分事务逻辑在前端实现，主 要事务逻辑在服务器端实现，具有客户端“零部署”的优点，系统的开发、升级和维护集 中在服务器端进行，这大大减轻了系统的维护成本，提高了用户界面的一致性和友好性，增 加了系统的可扩展性和远程访问能力。基于w e b 的b s 模式体系结构是生产过程实时 监控系统的发展趋势。由于生产过程实时监控系统需要不断在界面上刷新数据，而传统 b s 结构采用的是“请求响应 的交互模式，数据通信的实时性较差，带宽消耗较大，这已 成为b s 结构应用于工业监控软件的瓶颈。a j a x 技术是近来兴起的一种创建交互式网页 应用的网页开发新技术阴。a j a x 应用与传统的w e b 应用的区别：不必刷新整个页面，在 页面内与服务器通信；使用异步方式与服务器通信，不需要打断用户的操作，具有更加迅 速的响应能力；应用仅由少量页面组成，大部分交互在页面之内完成，不需要切换整个页 面。a j a x 技术的这些特性可以极大提高b s 软件体系结构的实时性。a j a x 技术在基于 w 曲的生产过程实时监控系统中应用将会提高系统的数据通信实时性【8 】。 1 3 论文主要研究内容 在当前竞争日趋激烈的社会中，现场数据的w e b 发布和信息化管理不仅仅是洗煤 厂面临的问题，也是其它自动化行业迫切要解决的难题。如果企业把整个生产和管理系 统集体升级换代的话，费用代价太大，如不进行升级改造，则制约着企业发展。本论文 围绕山西某洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现，着重进行了以下几方面的研 究： ( 1 ) 通过比较监控组态软件与第三方软件数据交换的方式，实现对某洗煤厂监控组 态软件r s v i e w 3 2 变量数据的读取，并把数据从监控计算机发送出去。 ( 2 ) 接收监控系统的现场数据，以监控画面或者趋势图的形式实现现场数据的w e b 发布。 ( 3 ) 采用当前流行的b s 模式的软件结构，开发洗煤厂的信息管理系统，实现洗煤 厂各个科室数据的信息化管理，并把现场数据w e b 发布功能作为其中的一个模块实现， 实现生产和管理的数据集成。 1 4 论文组织结构 本文对某洗煤厂生产控制综合管理系统设计与实现进行研究，建立一套综合信息管 理系统，实现洗煤厂上位机监控系统数据的w e b 发布和各科室数据的信息化管理。论 文共分为七章，各章的主要内容如下： 第一章，分析当前自动化行业监控系统的发展以及现状，并介绍当前工业自动化生 3 洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现 产控制和管理中常用的技术，以及论文课题的现实意义。 第二章，介绍某洗煤厂生产现状和工艺过程，根据用户需求，对系统要实现功能进 行分析。 第三章，确定系统总体方案、现场数据w e b 发布方案以及信息管理系统的功能设 计。 第四章，实现现场数据采集和w e b 发布功能。 第五章，系统各个信息管理功能模块的设计与实现。 第六章，系统实现的难点和普遍实用性。 第七章，对课题论文内容做了总结，并展望其将在解决旧监控系统现场数据的w 曲 发布和生产数据的现代化管理方面有很好的借鉴作用。 4 第二章需求分析 第二章需求分析 21 现状 某洗煤厂当前的控制系统由三台p l c 和两台工控机组成用于完成生产现场的控 制任务，放置在集控室内，不与其它的任何系统或者节点( 计算机) 通讯，是一个孤立的 系统。工控机监控系统是采用罗克韦尔公司的k g v i e w 3 26 3 中文版开发的两台工控 机全天处于工作状态，r s v i e w 3 263 中文版不支持网络发布功能，所以该监控系统是一 个封闭的系统( “自动化孤岛”) ，与厂内其它计算机( 节点) 没有任何联系，监控系统的 数据只能以监控画面和打印报表的形式提供给工程师，这样厂内的数据共享、打印和管 理上存在着诸多不便。另外洗煤厂缺乏现代化生产信息管理手段，信息管理无相关软件 系统支持，化验室、生产科、调度室等各部门数据还处于手工处理阶段，采用纸品记录 化验数据，统计人员汇总计算等手段，在主厂房集控室内不能实时监控产品的灰份、水 分等数据，不利于及时调整生产参数和全面掌握全厂生产情况。其生产控制系统的结构 如图2 - 1 所示。 啕矽 ll i lli ；i hl ； 图2 - 1 生产控制系统的结构 f i 9 2 1s t r u c t u r e o f p r o d u c t i o nc o n t r o ls y s t e m 22 洗煤厂生产工艺简介 洗煤厂生产工艺如图2 - 2 所示主要由以下几个环节构成： 原煤系统：原煤仓中的原煤经过破碎机后，通过皮带、锚链等设备送到跳汰机上面 洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现 的缓冲仓中。 跳汰系统：在跳汰机中经过风和水联合作用，将原煤分为矸石、中煤、粗精煤三种 产品。 重介系统：在混料桶中将粗精煤与介质混合，通过控制介质密度，将粗精煤分为精 煤和中煤两种产品。 浮选系统：从生产过程中产生的煤泥中回收一部分精煤。 运输系统：将精煤、中煤、矸石三种产品，通过皮带、锚链等设备送至各自的仓中。 膊墀 - _ i i i i i i i 图2 - 2 洗煤厂生产工艺 f i g 2 - 2m a n u f a c t u r i n gp r o c e s so ft h ew a s h e r y 2 3 用户需求 用户提出的需求是在确保生产现场控制系统绝对安全的情况下，建立某洗煤厂生产 信息管理系统平台，使厂内的生产实时数据、人工录入数据以及各种统计数据共享，提 高生产效益和管理水平。本系统具体可以分为两部分，第一部分是工控机监控系统现场 数据的采集和w e b 发布，并通过安全的方式将其嵌入到信息管理系统中，以方便厂领 导和科室员工准确了解设备的实时运行状况。第二部分是信息管理系统的开发：根据实 际情况，开发一套基于洗煤厂生产信息管理的软件系统，以方便数据的保存和处理，以 及厂领导对各部门数据和报表的查看。 f ； 第二章需求分析 2 4 系统功能分析 根据用户提出的需求，系统主要实现两个功能，一是监控系统的数据采集和发布的 设计与实现，一是信息管理系统的设计与实现。为了满足用户提出的“生产现场控制系 统要绝对安全”的要求，在实现监控系统的数据采集功能时工控机与w e b 服务器的通 讯方式只能选择串口通讯，而不能选择基于t c p i p 协议的网络通讯，基于t c p i p 通信 的工业控制网络来说虽然能提供很好的速率，但是安全性方面却不好控制，任何病毒对 工业生产控制都是致命。要实现监控系统的采集和w e b 发布，系统应包含数据采集发 送端、数据采集接收端、数据缓冲、数据w e b 发布，当然数据w e b 发布功能的实现要 集成到信息管理系统的某个功能模块中。 洗煤厂现有化验室、生产科、集控室、调度室四个基本生产科室，化验室主要负责 洗煤厂各种煤质的化验，基本化验项目主要有：原煤、毛煤、中煤、矸石、精煤、销售 煤、班样等，化验成分主要有：硫分、水分、灰分、粒度、粘结、浓度等，不同的化验 项目化验成分也不同。生产科主要负责每天生产数据上报和生产安排，主要包括：毛煤 处理量、原煤处理量、中煤产量、精煤产量、中煤产量、矸石产量、药剂、各种原料耗 费、设备停产和检修时间、工厂出勤状况等。集控室负责洗煤厂生产状况的实时监控， 根据工控机监控系统控制全厂各个生产设备的启动和停止。调度室主要根据生产实际状 况如原煤处理、精煤产率、灰分比例、矸石产量、中煤产量等，制定不同时间段的生产 计划，并负责全厂原煤购进、精煤销售、产量预算等。洗煤厂生产控制综合管理系统的 功能模型如图2 3 所示。 图2 - 3 生产控制综合管理系统功能模型 f i g 2 3f u n c t i o n a lm o d e lo fp r o d u c t i o nc o n t r o li n t e g r a t e dm a n a g e m e n ts y s t e m 7 洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现 ( 1 ) 数据采集及发布 数据采集发送端 定时从上位机监控系统中读取监控系统的变量数据，上位机监控系统是采用 r s v i e w 3 26 3 中文版开发的，也就是编写程序读取r s v i e w 3 2 项目中的变量数据( 模拟 量和数据量) ，然后把读取的变量数据按照一定的格式打包后通过串口发送出去。 数据采集接收端 定时从串口接收数据，按照相应的打包格式提取出模拟量和数字量，并把这些数 据的值保存在变量中，变量的名称最好与上位机监控系统项目中变量的名称相同，然后 把变量的名称和变量的数值同时记录到数据缓冲器中。 数据缓冲器 存放数据采集接收端接收到的最新数据，以及与数据对应的变量名称，以供数据发 布和处理使用，每次新数据到达后覆盖旧的数据。 监控系统的发布 从数据缓冲器中读出变量名称和变量的数值，然后按照上位机监控系统的画面和实 时曲线的情况，把读出的数据以监控画面和实时曲线的形式显示出来，尽量做到几乎一 致的效果。 ( 2 ) 信息管理系统 基础功能 基础模块为该软件系统的基础框架，为整个软件系统的核心，并整合了一些方便软 件系统使用者的一些通讯及管理功能，该模块包括软件的基本框架、数据库的建立和维 护、行业新闻的发布和管理、工厂职工留言管理以及厂里的通知管理。 化验室数据处理 化验室数据主要有六大块，分别为：原煤、中煤、销售煤、浓缩机、浮选、重介旋 流器，化验的成分主要有水分、灰分、硫分、粒度、底流浓度、溢流浓度、挥发份、粘 结、y 值等，要实现这些化验数据的实时录入，实现其查询功能，同时生产日、月、年 报表，并实现各种报表的打印和导出。 生产科数据处理 生产科数据主要有原煤、毛煤的处理量，精煤、中煤、矸石的产量，设备运行和检 修的数据，各种药剂和设备原来的的耗费数据，员工的出勤数据，煤的销售情况等，要 实现这些生产数据的实时录入，实现其查询功能，同时生产日、月、年报表，并实现各 种报表的打印和导出。 8 第二章需求分析 调度室数据处理 调度室主要查询生产和化验数据，根据生产的状况制定适合的生产计划和调整生产 进度，主要处理的数据就是生产和化验数据汇总，原煤毛煤的购进和精煤的销量，根据 生产的状况制定后期生产的各项指标。 用户管理 为软件用户提供了部门管理相关的功能模块，该软件系统的用户模块加入了用户组 及用户角色的管理，方便使用者灵活配置权限，提高了软件使用的效率。该模块包括： 用户组和用户的添加、删除、修改，以及用户权限的设置。 9 第三章系统总体设计 第三章系统总体设计 31 总体方案 根据某洗煤厂当前生产控制和数据管理现状，以及用户需求，结合当前工业自动化 行业比较流行的几种技术，有以下三种可供选择方案： ( 1 ) 对原有的上位机监控系统的软件升级，最新的r s v i v w 3 2 版本已经支持网络发 布功能，把原来的监控系统移植到新版本的软件上，两台工控机都运行新版本的软件， 利用新版本软件的网上发布功能，洗煤厂所有部门获得访问权限后，可以通过浏览器了解 生产状况，并做出该部门相应的生产调整。另外再为洗煤厂开发信息管理系统，晟好是 b s 模式，同时在信息管理系统中增加监控系统重要数据的读取和处理模块。其系统的 网络结构如图3 - 1 。 li 图3 一l 方案一系统的网络结构 f i g3 - 1p r o g r a m o n e o f t h es y s t e m s n e t w o r k a r c h i t e c t u r e ( 2 ) 在厂领导办公室增加一台工控机，在增加的工控机上安装监控系统的开发软件， 并把项目移植到该工控机上，把项目中具有控制的功能屏蔽掉，做到让领导只监不控， 其它部门也就没有机会了解厂里的生产状况了，当然这需要对原有的项目文件进行修 改。另外再开发洗煤厂信息管理系统最好采用b s 模式并增加监控系统中重要数据的 读取和处理模块，其系统的网络结构如图3 - 2 。 洗煤厂生产控制综台管理系统的设计与实现 i i “ 妒 “ r l 冬 1 硼委 圈3 - 2 方案二系统唧络结构 f 3 - 2p r o g r a m t w o o f t h es y s t e m s n e t w o r ka r c h i t e c t u r e ( 3 ) 既不增加工控机也不升级软件，直接在w e b 服务器上开发信息管理系统，并且 在该信息管理系统中增加从集控室工控机读取数据的功能，并且在w e b 服务器上实现 监控系统的w e b 发布功能，也就是把监控系统的发布和信息管理系统集成都一个系统 中，真正实现了信息和数据的共享，洗煤厂的各个部门可以通过公司的内部网络，就可 以使用信息管理系统和浏览监控系统的运行状况。其系统的网络结构如图3 3 。 图3 3 方案三的系统网络结构 f i g3 - 3p r o g r a m t h r e e o f t h es y s t e m sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e 1 2 孽耐一 躐蠹 攀 k “瓤” u l i 第二章系统总体设计 首先从可行性方面考虑，先否定方案一，因为该洗煤厂的监控系统是1 0 年前开发 的，当初开发监控系统的公司已经不存在了，而厂里的工程师只会使用上位机监控系统， 并不会软件的升级和改造。另外洗煤厂是连续型生产，如果软件升级的话需要停产调试， 具体会出现什么问题是不可预知，另外r s v i e w 3 2 由现有的6 3 中文版升级到网络版本， 需要根据访问客户端的数量支付不等的费用。 方案二从实现方面是最简单的，只要在领导办公室增加一台计算机，把集控室工控 机上运行的监控系统拷贝过来，把监控系统中控制的功能屏蔽掉，然后就可以启动运行。 对于信息管理系统的开发来说，方案一和方案二的实施完全相同，但是方案二存在的局 限性就是只有个别领导能够了解生产状况，其它科室就望尘莫及了，同时方案二需要增 加设备，如果领导多了，那么从经济方面考试是不合适的。 方案三从功能方面完全可以实现监控系统的w e b 发布，而且是不受客户端访问数 量限制，洗煤厂的任意联网计算机都可以访问，同时也不需要为增加设备支付费用，所 以从实用性和经济性都是最好的选择。从现有的技术方面( 如a s e n e t ，a a j x ，o p c ， j a v a s c r i p t ) 上考虑，在w 如服务器上实现监控系统的发布是完全可行的。对于信息管理 系统的开发，三种方案基本相同，在方案选择上不是主要考虑的问题。 经过以上从可行性、实用性、经济性和现有技术几方面综合考虑，选择方案三来实 现某洗煤厂生产控制综合管理系统。本系统在设备方面只需增加一台w e b 服务器，各 个部门通过网络就可以登陆使用系统，系统的数据库可以放到w e b 服务器上，也可以 放到其它的机器上，系统的配置图如图3 4 所示。 图3 - 4 系统配置 f i g 3 4s y s t e mc o n f i g u r a t i o n 1 3 洗煤厂生产控制综合管理系统的设计与实现 3 2 现场数据采集及w e b 发布 现场数据的采集和w e b 发布主要由四个步骤来实现，分别为现场数据读取、数据 发送和接受、数据缓存设置、数据的w e b 发布。通过比较组态软件r s e w 3 2 提供的几 种对外数据交换方式，以及对当前相关技术的研究，本系统选择o p c 方式来读取监控 系统的现场数据；数据的发送和接受通过串口来传输，采用串口传输数据，监控系统的 安全性容易保障；数据的缓存可以选择实时数据库，也可以采用其它方式，从实用性和 简单方面考虑，系统采用c o m 服务器来实现，对外提供几个相关的接口函数即可；数 据的w 曲发布主要考虑数据的动态刷新的实现，采用a j a x 和j a v a s c r i p t 技术是最好的 选择。现场数据采集和w e b 发布过程如图3 5 所示。 r s v i e w 3 2 o p cr $ 2 3 2 写读 w e b j o p c 数据 数据 - - - - - 八 监控系统 1 一一 客户端 接收端 1 缓冲器 服务器 图3 - 5 数据采集和w e b 发布过程 f i g 3 5p r o c e s so fd a t aa c q u i s i t i o na n dw e br e l e a s e 3 2 1r s v ie w 3 2 变量数据读取 组态软件在工业控制系统中已得到了很广泛的应用，在实际应用中，经常会遇到需 要监控软件与其它应用程序进行数据交换的难题，如现场采集的数据要送到e x c e l 表格 或数据库中进行数据处理等。自从在w i n d o w s 操作系统中出现程序之间的交换数据的技 术、协议和标准，实现程序间的数据交换才比较容易【9 】o 目前w i n d o w s 提供了几种标 准来支持程序间的数据交换，其中最常用的是d d e ，o p c ，o d b c 三种标准和v b a 脚 本。 ( 1 ) d d e 标准 d d e ( d y n a m i cd a t ae x c h a n g e ) 是在w i n d o w s 平台下两个进程之间的数据交换及命令 的传递，是基于消息的并且利用通常的w i n d o w s 中的通信联络系统进行内部进程间的相 互通信【1 1 】。d d e 使用共享内存实现进程之间的数据交换及使用协议达到传递数据的同 步。d d e 协议是一组规则集，所有的d d e 应用程序都必须严格遵循。利用d d e 技术 进行数据交换的两个应用程序按照“客户服务器”的方式进行的。两个程序中一个为 s e r v e r 即服务器程序，另一个为c l i e n t 即客户端程序，其中s e r v e r 可以执行c l i e n t 发送 的命令，接收c l i e m 发送的数据，也可以把数据发送给c l i e m ；同时c l i e n t 也可以发送 和接收数据。d d e 应用程序采用应用程序名、主题名以及项目名组成一个三层识别系 1 4 第三章系统总体设计 统以从其它的d d e 应用程序中辨认它们本身。建立起一个对话之后，客户应用程序能 够创建与服务器相连的一条或多条永久性数据链路，客户与服