基于ModbusTCP協(xié)議的乳化基質(zhì)地面站遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)

引言

散裝乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術(shù)在我國礦山開采中已被廣泛應(yīng)用多年。作為現(xiàn)場混裝乳化炸藥的原材料提供者,乳化基質(zhì)地面站廣泛建設(shè)于全國各礦山中。隨著科學(xué)技術(shù)的進步,乳化基質(zhì)地面站的生產(chǎn)工藝和核心設(shè)備不斷更新?lián)Q代,對自動化控制系統(tǒng)也提出了更高的要求。根據(jù)民爆行業(yè)的發(fā)展要求,乳化基質(zhì)地面站自動化控制系統(tǒng)不僅需要提高生產(chǎn)過程的自動化、信息化、智能化水平,還要提高生產(chǎn)企業(yè)的管理水平,而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視和數(shù)據(jù)冗余存儲是一種非常有利于企業(yè)管理的方式。本文針對目前的乳化基質(zhì)地面站自動化控制系統(tǒng),設(shè)計了一種易于擴展的遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng),用于實現(xiàn)乳化基質(zhì)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視與數(shù)據(jù)冗余存儲功能。

1目前乳化基質(zhì)地面站自動化控制系統(tǒng)分析

目前國內(nèi)常見的乳化基質(zhì)地面站自動控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構(gòu)、PLC(可編程控制器）、控制儀表以及上位機構(gòu)成,如圖1所示。

在自動控制系統(tǒng)的升級改造中,多采用更換或新增現(xiàn)場儀表和優(yōu)化控制邏輯等方式,對核心控制單元PLC一般只進行容量擴充和程序升級,較少進行整體更換。早期地面站自動控制系統(tǒng)所采用的PLC受限于當(dāng)時的技術(shù)條件,多采用串行通信的方式與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。如果需要增加遠(yuǎn)程通信功能,與遠(yuǎn)程上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,則需要擴充通信接口和接口轉(zhuǎn)換模塊。在實際應(yīng)用中,控制柜內(nèi)的預(yù)留空間經(jīng)常不足以安裝擴展模塊,甚至個別控制系統(tǒng)因PLC型號較老,廠家已停止供應(yīng)相關(guān)擴展單元,因此通過PLC擴展通信接口的方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程冗余監(jiān)視功能不具備普適性和易操作性。

在地面站自動控制系統(tǒng)中,上位機多采用工控機搭配組態(tài)軟件的方式實現(xiàn),一般情況下,工控機均具備網(wǎng)絡(luò)接口,即使不具備網(wǎng)絡(luò)接口,通過UsB接口擴展網(wǎng)絡(luò)接口也是非常簡單且可靠的。組態(tài)軟件方面,目前國內(nèi)常用的組態(tài)軟件包括MCGs、力控、組態(tài)王等,均對標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有非常好的支持。通過上位機和組態(tài)軟件經(jīng)由光纖局域網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),是一種實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)視和冗余存儲的良好方式。

2乳化基質(zhì)地面站遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計

通過對目前乳化基質(zhì)地面站自動控制系統(tǒng)的分析,采用以太網(wǎng)通信方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與本地自動控制系統(tǒng)的信息交互是一種低成本、易實現(xiàn)的方案。因此,本文設(shè)計的乳化基質(zhì)地面站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用現(xiàn)有地面站本地自動控制系統(tǒng)上位機的以太網(wǎng)口作為物理接口,經(jīng)由局域以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,將所需數(shù)據(jù)采集至遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺,最終實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)視、數(shù)據(jù)冗余存儲以及生產(chǎn)管理等功能,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)與本地控制系統(tǒng)物理連接的實現(xiàn)

如上文所述,遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)與本地控制系統(tǒng)上位機之間的物理連接采用以太網(wǎng)連接。在實際應(yīng)用中,根據(jù)兩者之間的距離和升級改造預(yù)算成本,可以采用多種方式實現(xiàn)局域以太網(wǎng)連接,包括網(wǎng)線連接、獨立光纖連接以及遠(yuǎn)距離點對點無線通信等方式。根據(jù)民爆行業(yè)管理要求,目前大部分地面站已布設(shè)生產(chǎn)現(xiàn)場至監(jiān)控室的視頻數(shù)據(jù)傳輸用光纖,而生產(chǎn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)所需帶寬較低,因此可直接利用現(xiàn)有的視頻數(shù)據(jù)傳輸用光纖,充分利用現(xiàn)有資源,即可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)與本地控制系統(tǒng)上位機之間的物理連接。

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)與本地控制系統(tǒng)通信協(xié)議的選擇

本文已確定采用以太網(wǎng)連接方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)與本地控制系統(tǒng)物理層的連接,因此需要選擇一種符合以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、兼容性強、易于實現(xiàn)且穩(wěn)定性好的工業(yè)通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。Modbus協(xié)議是一種串行通信協(xié)議,由Modicon公司(現(xiàn)施耐德電氣schneiderE1ectric）于1979年發(fā)表,在工業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用,成為了標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)通信協(xié)議之一。ModbusTCP協(xié)議即經(jīng)由TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腗odbus協(xié)議,其采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口,可實現(xiàn)一點對多點的數(shù)據(jù)通信服務(wù),且得到組態(tài)軟件的廣泛支持。

在遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)的軟件設(shè)計中,地面站本地控制系統(tǒng)上位機作為ModbusTCP協(xié)議中的服務(wù)器端,遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)終端作為客戶端,訪問服務(wù)器端建立好的數(shù)據(jù)點表,并獲取所需數(shù)據(jù)。在實際應(yīng)用中,本地控制系統(tǒng)組態(tài)軟件以MCGs為例,在設(shè)備組態(tài)中依次添加通用TCP/IP父設(shè)備和ModbusTCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,并設(shè)置好本地服務(wù)器端和遠(yuǎn)程客戶端IP地址,然后在ModbusTCP/IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中建立允許遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)訪問的數(shù)據(jù)點表即可:遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)組態(tài)軟件以力控為例,在I/O設(shè)備管理器中建立標(biāo)準(zhǔn)Modbus(TCP）設(shè)備,并在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中建立對應(yīng)的數(shù)據(jù)點表,獲取所需數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)獲取到生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)后,對數(shù)據(jù)進行分類處理,即可實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程實時監(jiān)視、數(shù)據(jù)冗余存儲以及分類管理功能。

3結(jié)語

采用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建基于ModbusTCP協(xié)議的地面站遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng),在對原有的地面站自動控制系統(tǒng)進行升級改造時,基本不會造成現(xiàn)有自動控制系統(tǒng)的改變。改造過程僅對上位機進行一定的功能擴展,控制核心PLC無需改造,基本不會對生產(chǎn)造成影響,無需停產(chǎn)改造,不僅大幅降低了改造過程的硬件成本,也基本免除了控制系統(tǒng)改造的時間成本。對生產(chǎn)企業(yè)來說,這種改造成本低、見效快、無需停產(chǎn)改造、后期功能擴展性強,即使停用該系統(tǒng),對安全生產(chǎn)也不會造成額外影響。目前,本文設(shè)計的乳化基質(zhì)地面站遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)已在內(nèi)蒙古包鋼集團白云鄂博地面站、遼寧撫順隆燁集團鞍山地面站等地得到實際應(yīng)用,獲得了用戶的一致好評。