摘  要： 介紹了以羅克韋爾的DeviceNet現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的條件下，利用FactoryTalk View套件部署相應(yīng)類型監(jiān)控、管理系統(tǒng)，并介紹了整個(gè)部署的流程。同時(shí)給出了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷的解決方案。

　　關(guān)鍵詞： 部署；總線；診斷；遠(yuǎn)程

0 引言

　　DeviceNet是羅克韋爾公司推出的第五代現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，第五代現(xiàn)場總線系統(tǒng)具有開放性、分散性、擴(kuò)展性等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，受到了眾多設(shè)備廠商的青睞。對于應(yīng)用企業(yè)而言，分散性最直接的好處就是風(fēng)險(xiǎn)分散，不會因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)備的損毀導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的損壞。擴(kuò)展性意味著給企業(yè)設(shè)備的日后升級帶來了極大的便利。通信標(biāo)準(zhǔn)的開放性意味著有眾多終端設(shè)備可供選擇，設(shè)備價(jià)格也必然實(shí)惠。

　　企業(yè)在享受諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也面臨一個(gè)重要的問題，就是整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。由于現(xiàn)場總線系統(tǒng)是由眾多分散的終端構(gòu)成的，即便一個(gè)很小的系統(tǒng)也是由幾十個(gè)甚至幾百個(gè)終端構(gòu)成的。如何有效地管理、監(jiān)控這些終端，以及故障發(fā)生時(shí)如何快速地鎖定故障源，將是企業(yè)必須解決的一個(gè)問題。羅克韋爾的FactoryTalk View Studio開發(fā)套件將有效解決上述問題，它采用一種直觀的方法管理系統(tǒng)、維護(hù)系統(tǒng)。下面介紹FactoryTalk View的系統(tǒng)架構(gòu)，以及如何部署該管理系統(tǒng)。如圖1所示，F(xiàn)actoryTalk View管理系統(tǒng)可分為網(wǎng)絡(luò)版、單機(jī)版、機(jī)器版。

　　下面分別介紹網(wǎng)絡(luò)版、本地版的特點(diǎn)，以及分別適合部署什么類型的系統(tǒng)。

1 網(wǎng)絡(luò)版

　　該版本適合N+N的結(jié)構(gòu)，第一個(gè)N指的是N個(gè)人機(jī)接口服務(wù)器（HMI Sever），其主要功能是作為圖形服務(wù)。第二個(gè)N指的是數(shù)據(jù)服務(wù)器，通常用于與現(xiàn)場設(shè)備的通信，其通信一般采用兩種方式：一種是Rslinx Enterprise；另一種是過程控制（OPC）通信方式。網(wǎng)絡(luò)版較為適合分散式的系統(tǒng)部署，一般用于大型工礦企業(yè)。為了更好地說明問題，這里給出一個(gè)簡單的例子：一個(gè)汽車廠可以劃分為幾個(gè)區(qū)域，沖壓裝配區(qū)域、主體車間區(qū)域、噴涂車間區(qū)域、發(fā)動機(jī)區(qū)域、傳輸區(qū)域。在這種情況之下較為適合采用網(wǎng)絡(luò)部署的方式，它可以讓整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，工作效率最高。

　　應(yīng)用FactoryTalk View部署網(wǎng)絡(luò)版系統(tǒng)，一般需要創(chuàng)建域、HMI服務(wù)器創(chuàng)建、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程通信幾個(gè)步驟。

　　1.1 創(chuàng)建域

　　讓每個(gè)域?qū)?yīng)一個(gè)工廠區(qū)域，這樣每個(gè)域就可以管理一個(gè)固定的過程控制區(qū)，下面以一個(gè)汽車裝配廠為例來創(chuàng)建區(qū)域分布。創(chuàng)建A area對應(yīng)沖壓裝配區(qū)、B area對應(yīng)主體車間區(qū)、C area對應(yīng)噴涂車間區(qū)等，如圖2所示。

　　1.2 HMI服務(wù)器創(chuàng)建

　　在每個(gè)域中可以創(chuàng)建一個(gè)HMI服務(wù)器以及多個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器，HMI服務(wù)器的創(chuàng)建如圖3所示。

　　HMI服務(wù)器提供圖形服務(wù)，圖形開發(fā)工作也主要集中在HMI服務(wù)器上，該服務(wù)器提供以下幾個(gè)主要功能。

　　1.2.1 標(biāo)簽管理

　　標(biāo)簽是所有開發(fā)的基礎(chǔ)，HMI從Data Sever獲得現(xiàn)場數(shù)據(jù)以后以標(biāo)簽的形式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)與標(biāo)簽的一一對應(yīng)關(guān)系，圖形的相應(yīng)動作也是根據(jù)標(biāo)簽值來實(shí)現(xiàn)的。標(biāo)簽的創(chuàng)建如圖4所示。

　　在圖4中創(chuàng)建了標(biāo)簽Light，它與可編程邏輯器件（PLC）中的繼電器模塊的某一位（例如：A1：0/1）相對應(yīng)，Light與圖形畫面相關(guān)聯(lián)，畫面中的小燈的顏色將由Light反映，當(dāng)Light=1時(shí)小燈為紅，當(dāng)Light=0時(shí)小燈變綠。Light與A1：0/1是相對應(yīng)的，這樣操作員只需要在值班室就可以完全知道全廠設(shè)備的工作狀態(tài)。當(dāng)錯誤狀態(tài)發(fā)生時(shí)，值班室的聲光報(bào)警系統(tǒng)將啟動，操作員可以準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障源以及發(fā)生的位置，使其在故障處理時(shí)成為依據(jù)。

　　1.2.2 圖形編輯

　　圖形編輯界面是實(shí)現(xiàn)圖形繪制的部分，上面所說的小燈的外形以及顏色就在該區(qū)域進(jìn)行繪制。一般圖形界面所繪制的圖形是廠區(qū)布局、狀態(tài)的直接反映，完全可以在電腦上繪制一個(gè)虛擬工廠，這個(gè)工廠就是現(xiàn)實(shí)工廠的實(shí)時(shí)反映。

　　圖5就是某工廠車間的虛擬界面，這個(gè)界面完全對應(yīng)真實(shí)的生產(chǎn)狀態(tài)。通過這樣的方式，一個(gè)操作員、一臺電腦就可以管理這個(gè)廠區(qū)，以這種方式工作必將大大節(jié)省人力物力。

　　1.2.3 標(biāo)簽報(bào)警

　　標(biāo)簽報(bào)警是標(biāo)簽數(shù)據(jù)異常的反映，當(dāng)標(biāo)簽值超過了指定閾值時(shí)報(bào)警將發(fā)生，并將異常值寫入故障數(shù)據(jù)庫，趨勢圖將根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)繪制故障趨勢，通過趨勢圖生產(chǎn)管理者就可以得出一些結(jié)論，例如：通過溫度趨勢圖，管理者就可以發(fā)現(xiàn)什么溫度容易導(dǎo)致設(shè)備故障，或者生產(chǎn)效能低下，這樣便可以指導(dǎo)將來的設(shè)備改造。圖6是標(biāo)簽報(bào)警設(shè)置界面。

　　1.2.4 衍生標(biāo)簽

　　有時(shí)狀態(tài)信息并不是某一標(biāo)簽的直接反映，而是多個(gè)標(biāo)簽的某種邏輯關(guān)系，這樣衍生標(biāo)簽將是一種有效的處理方法。通過衍生標(biāo)簽就可以邏輯編程的方式實(shí)現(xiàn)所需的邏輯關(guān)系。圖7為衍生標(biāo)簽界面。

　　1.3 數(shù)據(jù)服務(wù)器

　　上面介紹了一些HMI服務(wù)器的有關(guān)內(nèi)容，其大部分內(nèi)容都與標(biāo)簽有關(guān)。但是如何從現(xiàn)場設(shè)備獲取標(biāo)簽數(shù)據(jù)呢？數(shù)據(jù)服務(wù)器是數(shù)據(jù)源的提供者，本文介紹的現(xiàn)場設(shè)備使用的是DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)，現(xiàn)場PLC通過掃描模塊不斷掃描現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)信息，然后數(shù)據(jù)庫通過OPC服務(wù)器或者Rslinx Enterprise服務(wù)器獲取PLC提供的數(shù)據(jù)，最終形成了圖8所示的結(jié)構(gòu)。

　　圖8中OPC服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器采用的是OPC的通信方式。下面簡要介紹OPC。OPC是用于過程控制的一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集，用于過程控制和制造業(yè)自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為基于Windows的應(yīng)用程序和現(xiàn)場過程控制應(yīng)用建立了橋梁[2]。在過去，為了存取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，每一個(gè)應(yīng)用軟件開發(fā)商都需要編寫專用的接口函數(shù)。由于現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，且產(chǎn)品不斷升級，往往給用戶和軟件開發(fā)商帶來了巨大的工作負(fù)擔(dān)。通常這樣也不能滿足工作的實(shí)際需要，系統(tǒng)集成商和開發(fā)商急切需要一種具有高效性、可靠性、開放性、可互操作性的即插即用的設(shè)備驅(qū)動程序。因此，OPC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

　　建立OPC的通信需要兩個(gè)步驟，首先在FactoryTalk View中需要選擇OPC通信協(xié)議，如圖9所示；其次建立OPC Server服務(wù)器。OPC Server通過羅克韋爾Rslinx建立，Rslinx是羅克韋爾開發(fā)的設(shè)備網(wǎng)關(guān)，通過它可以與羅克韋爾的硬件產(chǎn)品進(jìn)行通信，其如何與硬件通信并不需要關(guān)心，Rslinx中已經(jīng)完成了這個(gè)過程，只需要通過相關(guān)的組態(tài)軟件，便可完成硬件系統(tǒng)的組態(tài)工作。

　　圖10是OPC服務(wù)器的創(chuàng)建界面，OPC服務(wù)器創(chuàng)建以后就可以在FactorYtalk中看到新建的服務(wù)器，選擇它就可實(shí)現(xiàn)OPC通信。

　　1.4 遠(yuǎn)程通信

　　遠(yuǎn)程通信的方案很多，本文介紹一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的通信方案。傳統(tǒng)的通信方案需要租賃固定的IP，這樣必將增加維護(hù)成本。利用虛擬網(wǎng)絡(luò)隧道（VPN）的方式可以免除固定IP的租賃，并且VPN采用了諸多有效的加密協(xié)議，可以很好地保證通信的安全性[3]。VPN網(wǎng)絡(luò)的組建也不復(fù)雜，只需要購買兩個(gè)VPN路由，在路由器的管理界面選用一種適合自己的VPN協(xié)議便可。具體的操作過程需要參看VPN路由的手冊。網(wǎng)絡(luò)組建以后便可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)兩端的設(shè)備成為同一局域網(wǎng)，最終可以利用FactoryTalk軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署。這樣北京總部即可實(shí)時(shí)監(jiān)控廣州工廠設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，北京的技術(shù)部也可以高效快捷地處理廣州工廠中的設(shè)備故障。

　　至此，已經(jīng)介紹了整個(gè)遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的部署流程。通過這個(gè)系統(tǒng)可以有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理，利用VPN網(wǎng)絡(luò)工程師可以在世界上的任何一個(gè)地方接入系統(tǒng)，隨時(shí)為廠區(qū)設(shè)備提供技術(shù)支持。這種技術(shù)在國外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，而國內(nèi)卻剛剛起步，如果這種技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，勢必對國內(nèi)的生產(chǎn)帶來深遠(yuǎn)的意義。

　　2 本地版

　　本地版和網(wǎng)絡(luò)版的區(qū)別不是太大，唯一的區(qū)別是，本地版不能建立域的概念，準(zhǔn)確地說是只能建立一個(gè)域，只能實(shí)現(xiàn)1+N的結(jié)構(gòu)——一個(gè)HMI服務(wù)器，N個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器。這種架構(gòu)適合規(guī)模不是太大，也沒有太多的區(qū)域劃分的工廠，只通過一個(gè)域來進(jìn)行統(tǒng)一管理。其他部分，本地版部署的技術(shù)細(xì)節(jié)與網(wǎng)絡(luò)版一致[4]。下面簡單介紹一下云南天文臺一米紅外太陽塔的系統(tǒng)部署，其所采用的就是本地部署的方案，如圖11所示。

　　從圖11可以看出，該系統(tǒng)的HMI和Data服務(wù)器是在一臺計(jì)算機(jī)上的SLC500處理器，通過現(xiàn)場總線掃描每個(gè)子站以及子站下面掛設(shè)的終端信息，最終通過OPC提交給Data Sever，HMI Sever再從Data Sever獲取數(shù)據(jù)信息進(jìn)行數(shù)字化圖形顯示。最后客戶端再在局域網(wǎng)內(nèi)與HMI Sever交互，最終操作員、工程師可以獲取現(xiàn)場設(shè)備信息，如再增加VPN通信，便可順利地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信、診斷、監(jiān)控。

3 結(jié)論

　　本文旨在通過研究給工礦企業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供一些有用的建議，同時(shí)也為推動我國的電氣自動發(fā)展貢獻(xiàn)一些微薄的力量。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1] 錢曉龍，李曉理.SLC500控制系統(tǒng)與PanelView訓(xùn)練課程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

　　[2] 錢曉龍.NetLinx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

　　[3] 王春海.VPN網(wǎng)絡(luò)組建案例實(shí)錄[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

　　[4] 羅克韋爾.FactoryTalk View SE用戶手冊[Z].2011.