0 引言

東海糧油工業(yè)（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(yè)——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(lián)合，共同投資興建的大型企業(yè)。它是著名的“福臨門”系列食用油的主要生產(chǎn)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(zhàn)略儲備計劃的實施，東海糧油在原有一、二號罐區(qū)的基礎上，新建了三號和四號罐區(qū)，并還將陸續(xù)增建其它罐區(qū)，形成龐大的食用油戰(zhàn)略儲備基地。所有新建罐區(qū)的監(jiān)控系統(tǒng)目前均采用貝加萊工業(yè)自動化提供的成熟產(chǎn)品——可編程自動化控制器PCC—2005系列作為其現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集及控制站。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的結構

1.1 系統(tǒng)硬件構成

如圖1所示，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡包括兩層主干通訊網(wǎng)絡——上層的管理網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）和中層的控制網(wǎng)（高可靠性的冗余光纖環(huán)網(wǎng)）以及底層的現(xiàn)場總線。管理網(wǎng)與控制網(wǎng)通過光纖環(huán)網(wǎng)的光纖交換機和工業(yè)以太網(wǎng)的電氣交換機連接。光纖交換機是一種高速的網(wǎng)絡傳輸中繼設備，它較普通交換機而言采用了光纖電纜作為傳輸介質。光纖傳輸?shù)膬?yōu)點是速度快、抗干擾能力強。它的特點就是采用傳輸速率較高的光纖通道與服務器網(wǎng)絡，或者SAN網(wǎng)絡內部組件的連接，這樣，整個存儲網(wǎng)絡就具有非常寬的帶寬，為高性能的數(shù)據(jù)存儲提供了保障。而在這種SAN存儲網(wǎng)絡中，起著關鍵作用的就是我們常常聽到的光纖交換機（FC Switch，也有稱“光纖通道交換機”和“SAN交換機”的）了。因為這屬于一種新型的設備，而且與我們平常所見的、用到的以太網(wǎng)交換機有太多的區(qū)別（主要體現(xiàn)在協(xié)議的支持上），所以許多讀者，甚至是已經(jīng)用上SAN存儲網(wǎng)絡的企業(yè)用戶都對SAN交換機一知半解。若按功能劃分，則該系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集與控制級（I級）和監(jiān)視管理級（II級）。

I級系統(tǒng)以多臺貝加萊的PCC為核心，包括各現(xiàn)場PCC站、中控室監(jiān)控計算機和碼頭監(jiān)控系統(tǒng)等設備。各PCC均掛接于控制網(wǎng)（冗余光纖環(huán)網(wǎng)）上，它們與各自的遠程擴展裝置分別通過POWERLINK、PROFIBUS-DP和CAN等現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。CAN是控制器局域網(wǎng)絡（Controller Area Network, CAN）的簡稱，是由研發(fā)和生產(chǎn)汽車電子產(chǎn)品著稱的德國BOSCH公司開發(fā)了的，并最終成為國際標準（ISO118?8）。是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。 近年來，其所具有的高可靠性和良好的錯誤檢測能力受到重視，被廣泛應用于汽車計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境溫度惡劣、電磁輻射強和振動大的工業(yè)環(huán)境。

II級系統(tǒng)則以系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務器為核心，包括兩臺工作站和多臺Web客戶機和局域網(wǎng)客戶機。它們均通過數(shù)據(jù)交換機接入工業(yè)以太網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3 （Ethernet）的強大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內部互聯(lián)網(wǎng)（Intranet），外部互聯(lián)網(wǎng)（Extranet），以及國際互聯(lián)網(wǎng)（Internet） 提供的廣泛應用不但已經(jīng)進入今天的辦公室領域，而且還可以應用于生產(chǎn)和過程自動化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運行之后，具有交換功能，全雙工和自適應的100M波特率快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet，符合IEEE 802.3u 的標準）也已成功運行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級到新技術。

1.2 主干通訊網(wǎng)絡的分布式體系和冗余環(huán)網(wǎng)結構

整個罐區(qū)的通訊網(wǎng)絡采用基于TCP/IP協(xié)議以及Server/Client配置方式的分布式體系結構，支持實時數(shù)據(jù)共享和分布式數(shù)據(jù)庫，易于擴展采用以太網(wǎng)和TCP/IP協(xié)議構建的通訊網(wǎng)絡平臺，并通過標準OPC協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務器與各PCC之間的數(shù)據(jù)交換。能實現(xiàn)從底層到最上層的無縫連接和實時、高速的數(shù)據(jù)傳輸。

為了確保整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的安全性和可靠性，采取了以下措施：

（1）在主干通訊網(wǎng)絡上使用冗余的光纖和電氣交換機，確保了整個通訊網(wǎng)絡的可靠性。

（2）在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)在傳輸過程中碰撞和堵塞的幾率大大降低。

（3）網(wǎng)絡傳輸介質采用冗余環(huán)行光纖回路，若發(fā)生任意一處光纖介質的損壞，這樣就確保了整個數(shù)據(jù)通訊鏈路不會由于局部損傷而導致中斷。

1.3 實時數(shù)據(jù)庫軟件與標準OPC協(xié)議

OPC（OLE for Process Control, 用于過程控制的OLE）是一個工業(yè)標準，管理這個標準國際組織是OPC基金會，OPC基金會現(xiàn)有會員已超過220家。遍布全球，包括世界上所有主要的自動化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過程控制系統(tǒng)的公司。 基于微軟的OLE（現(xiàn)在的Active X）、COM （部件對象模型）和DCOM （分布式部件對象模型）技術。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標準集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)服務器中裝入實時數(shù)據(jù)庫軟件，通過標準的OPC協(xié)議采集貝加萊PCC的實時數(shù)據(jù)，以PCC作為OPC server，實時數(shù)據(jù)庫軟件作為OPC client。數(shù)據(jù)服務器將采集的數(shù)據(jù)直接以web 的形式提供給局域網(wǎng)上的各用戶，各客戶端能利用標準的IE瀏覽器進行數(shù)據(jù)瀏覽和分析等操作。實時數(shù)據(jù)庫用來存放原始數(shù)據(jù)和修正后的數(shù)據(jù)，來自該系統(tǒng)中各生產(chǎn)過程PCC分站的采集數(shù)據(jù)和手工錄入數(shù)據(jù)以及修正后的數(shù)據(jù)，均應保存在實時數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)服務器軟件應對各種、各種類型的數(shù)據(jù)進行合理組織，以標準化的數(shù)據(jù)結構存儲于實時數(shù)據(jù)庫中，既應保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性，也應方便數(shù)據(jù)的查詢和應用。

圖1 罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構

2監(jiān)控管理系統(tǒng)的主要功能及其特點

食用油罐區(qū)進、銷、存數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、管理系統(tǒng)，是集成了網(wǎng)絡信息管理技術而設計開發(fā)的針對不同應用場合的油品儲運計算機監(jiān)控管理系統(tǒng)，它通過信息的集成和網(wǎng)絡化管理實現(xiàn)了對油品進、銷、存的自動化監(jiān)控和管理。在整個自動化監(jiān)控管理系統(tǒng)中，貝加萊PCC產(chǎn)品的許多功能和優(yōu)勢都得到很好的發(fā)揮。

2.1高精度實時測量模塊的應用

罐內油的工藝參數(shù)測量包括液位、溫度、壓力、密度、流量、凈油量等的實時數(shù)據(jù)和趨勢曲線。雷達液位計發(fā)射能量很低的極短的微波脈沖通過天線系統(tǒng)發(fā)射并接收。雷達波以光速運行。運行時間可以通過電子部件被轉換成物位信號。一種特殊的時間延伸方法可以確保極短時間內穩(wěn)定和精確的測量。即使工況比較復雜的情況下，存在虛假回波，用最新的微處理技術和調試軟件也可以準確的分析出物位的回波。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(jié)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(shù)模塊，準確地獲得了流量測量數(shù)據(jù)。

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(chǎn)品的優(yōu)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(shù)，上位計算機再根據(jù)罐容表進行查詢，并利用相關公式進行計算。由于整個罐區(qū)內共有數(shù)百個罐體，僅罐容表（數(shù)據(jù)）就有厚厚一打書，電腦查詢和計算一遍所需的時間很長，經(jīng)常造成計算機死機。該系統(tǒng)采用在PCC中開辟內存，把罐容表中的各項數(shù)據(jù)直接寫入PCC的FIXROM中，根據(jù)實際檢測到的液位參數(shù)，使用動態(tài)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。

2.3 方便、靈活的I/O擴展方式

整個罐區(qū)（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(shù)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(wǎng)協(xié)議），完全建立在標準快速以太網(wǎng)上，因此它完全符合標準以太網(wǎng)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。

2.4 強大的通訊功能

（1）PROFIBUS-DP主要用于自動化系統(tǒng)的主控設備與分散的I/O和控制裝置之間的數(shù)據(jù)通信。PROFIBUS–DP用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送。主站周期地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息?？偩€循環(huán)時間必須要比主站（PLC）程序循環(huán)時間短。除周期性用戶數(shù)據(jù)傳輸外，PROFIBUS-DP還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài)。診斷和報警處理。 它能實現(xiàn)控制底層的較高速度的數(shù)據(jù)傳輸，主站周期地讀取從站的信息并向從站發(fā)送信息。碼頭監(jiān)控系統(tǒng)的PCC通過PROFIBUS—DP現(xiàn)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(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

（3）UDP /TCP協(xié)議。UDP和TCP協(xié)議的主要區(qū)別是兩者在如何實現(xiàn)信息的可靠傳遞方面有所不同。TCP協(xié)議中包含了專門的傳遞保證機制，當數(shù)據(jù)接收方收到發(fā)送方傳來的信息時，會自動地向發(fā)送方發(fā)出確認信息，發(fā)送方只有在接收到該確認信息后才能繼續(xù)傳送其它信息，否則將一直等待直到收到確認信息為止。如果在從發(fā)送方到接收方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)報文的丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。

在整個罐區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)中的1#~4#罐區(qū)子系統(tǒng)，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(huán)網(wǎng)保持雙向數(shù)據(jù)通訊。

2.5 豐富的罐區(qū)動態(tài)功能畫面

為了給該系統(tǒng)的操作和管理人員提供便于監(jiān)視和操作的人機界面，該系統(tǒng)設計并組態(tài)了數(shù)十幅動態(tài)功能畫面，其中某些主要畫面示例如下：

圖2 油罐區(qū)畫面

圖3 油泵房畫面

圖4 油罐區(qū)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(fā)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(fā)出聲光報警信號。

（2）該系統(tǒng)集成了各種控制功能，如油罐進/出油操作與液位之間的聯(lián)鎖、泵與閥門的聯(lián)鎖控制和報警系統(tǒng)等。

（3）配備了開放型接口，可以與現(xiàn)有的及最新的各種罐區(qū)測量系統(tǒng)連接，并可利用標準網(wǎng)

絡技術擴展系統(tǒng) 。

（4）可進行油罐庫存歷史數(shù)據(jù)查詢，并顯示其歷史趨勢曲線，還可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)完成各種

統(tǒng)計和計算，如歷史庫存量、進出油量等。

（5）可實現(xiàn)油站進貨管理、庫存管理、銷售管理和客戶管理。

（6）利用網(wǎng)絡技術可進行遠程訪問，對數(shù)據(jù)訪問者有登錄權限管理，保證了系統(tǒng)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(qū)監(jiān)控管理系統(tǒng)，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(jiān)視操作畫面豐富等優(yōu)點，全面達到了設計指標，完全滿足了食用油罐區(qū)監(jiān)控管理的工藝要求。