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

引言

散裝乳化炸藥現(xiàn)場混裝技術在我國礦山開采中已被廣泛應用多年。作為現(xiàn)場混裝乳化炸藥的原材料提供者,乳化基質地面站廣泛建設于全國各礦山中。隨著科學技術的進步,乳化基質地面站的生產(chǎn)工藝和核心設備不斷更新?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地面站自動化控制系統(tǒng),設計了一種易于擴展的遠程監(jiān)視系統(tǒng),用于實現(xiàn)乳化基質生產(chǎn)過程的遠程監(jiān)視與數(shù)據(jù)冗余存儲功能。

1目前乳化基質地面站自動化控制系統(tǒng)分析

目前國內常見的乳化基質地面站自動控制系統(tǒng)主要由現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機構、PLC(可編程控制器）、控制儀表以及上位機構成,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受限于當時的技術條件,多采用串行通信的方式與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。如果需要增加遠程通信功能,與遠程上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互,則需要擴充通信接口和接口轉換模塊。在實際應用中,控制柜內的預留空間經(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,廠家已停止供應相關擴展單元,因此通過PLC擴展通信接口的方式實現(xiàn)遠程冗余監(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)絡接口,即使不具備網(wǎng)絡接口,通過UsB接口擴展網(wǎng)絡接口也是非常簡單且可靠的。組態(tài)軟件方面,目前國內常用的組態(tài)軟件包括MCGs、力控、組態(tài)王等,均對標準網(wǎng)絡協(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)絡進行數(shù)據(jù)轉發(fā),是一種實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)監(jiān)視和冗余存儲的良好方式。

2乳化基質地面站遠程監(jiān)視系統(tǒng)設計

通過對目前乳化基質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,本文設計的乳化基質地面站遠程監(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)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,將所需數(shù)據(jù)采集至遠程監(jiān)控平臺,最終實現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠程監(jiān)視、數(shù)據(jù)冗余存儲以及生產(chǎn)管理等功能,其系統(tǒng)結構如圖2所示。

2.1遠程監(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。在實際應用中,根據(jù)兩者之間的距離和升級改造預算成本,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)標準、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)領域中獲得了廣泛應用,成為了標準工業(yè)通信協(xié)議之一。ModbusTCP協(xié)議即經(jīng)由TCP/IP網(wǎng)絡傳輸?shù)腗odbus協(xié)議,其采用標準網(wǎng)絡接口,可實現(xiàn)一點對多點的數(shù)據(jù)通信服務,且得到組態(tài)軟件的廣泛支持。

在遠程監(jiān)視系統(tǒng)的軟件設計中,地面站本地控制系統(tǒng)上位機作為ModbusTCP協(xié)議中的服務器端,遠程監(jiān)視系統(tǒng)終端作為客戶端,訪問服務器端建立好的數(shù)據(jù)點表,并獲取所需數(shù)據(jù)。在實際應用中,本地控制系統(tǒng)組態(tài)軟件以MCGs為例,在設備組態(tài)中依次添加通用TCP/IP父設備和ModbusTCP/IP數(shù)據(jù)轉發(fā)設備,并設置好本地服務器端和遠程客戶端IP地址,然后在ModbusTCP/IP數(shù)據(jù)轉發(fā)設備中建立允許遠程監(jiān)視系統(tǒng)訪問的數(shù)據(jù)點表即可:遠程監(jiān)視系統(tǒng)組態(tài)軟件以力控為例,在I/O設備管理器中建立標準Modbus(TCP）設備,并在數(shù)據(jù)庫組態(tài)中建立對應的數(shù)據(jù)點表,獲取所需數(shù)據(jù)。遠程監(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)過程的遠程實時監(jiān)視、數(shù)據(jù)冗余存儲以及分類管理功能。

3結語

采用工業(yè)以太網(wǎng)構建基于ModbusTCP協(xié)議的地面站遠程監(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,本文設計的乳化基質地面站遠程監(jiān)視系統(tǒng)已在內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用,獲得了用戶的一致好評。