基于UNO和ADAM5510的远程SCADA系统设计与实施

1 开发需求与背景

随着现代工厂信息自动化进程的加快，企业内、外部之间的交换信息已不局限于通常意义上的对生产现场状态的监视和控制，而是需要把企业的横向通信(同一层不同节点的通信)和纵向通信(上、下层之间的通信)紧密联系在一起，形成一个意义更广泛的综合管理系统。在PCS层中，只有具有Web功能的SCADA系统，才能满足企业信息自动化信息平台的要求，它使采集和监控的数据得以开放，能被更多的管理系统、控制系统和使用者所访问。

在塑料绝缘电线电缆生产过程中，有一极其关键的工序，即：塑胶工序，它是将绝缘PVC塑料挤制在导电线芯上，工艺要求其绝缘厚度必须在公差范围内，否则为废品。电线电缆生产厂家对此工艺特别重视，但废品率仍然较高，为节能降耗，为某电线电缆生产厂家采用Advantech公司的网络控制器UNO－2053以及基于PC的PLC控制器ADAM5510，开发了一套基于Web的SCADA系统，效果较好，为企业实现“工厂信息自动化”奠定了坚实的基础。

2 系统设计

基于Web的SCADA系统的主要有以下几部分组成：数据库和WEB服务器、现场测控设备、监控设备、交换式以太网、浏览器等，其中交换式以太网是数据主通道。要真正实现基于Web的SCADA，不仅要考虑网络技术和控制技术的特点,还要考虑现代控制系统的新特性。比如数据传输的可靠性和准确性，数据通信的准确性是远程测控系统的首要要求，没有可靠的数据是不可能进行控制的。还有某些设备的实时性要求，必须保证其优先级,另外协议的简单化可实现少延迟，快速投递，网络数据库的连接和更新不仅是动态的、实时的，而且要有高的编程效率和很好的兼容性，TCP/IP协议和现场总线协议的兼容性，真正达到数据畅通无阻。

在设计中，车间级Intranet主要有车间Web服务器（用于外部Ethernet连接以及与班组网络连接）、车间生产服务器（用于生产计划、调度、报表统计等）以及车间控制服务器（车间生产控制流程、生产工艺控制、设备实时监控等）组成，与外部连接采用光纤通信介质，车间内部包括各班组服务器UNO－2053在内的各服务器均采用100M Ethernet连接。考虑到设备的实时控制要求，采用了PC－Based的Soft PLC ADAM5510控制器为主控制器，ADAM4000为辅助SCADA组件，用以实时控制各生产设备的运行。

远程SCADA系统采用全分布式构架,主站系统和子站系统通过基于企业内部IP的数据网络连接。远程监控站、远程运行站和设备维护站一起构成主站系统，是直接与用户接触的部分，具有友好的人机界面；位于车间级的各个UNO则一起构成子站系统,这是与被监控对象密切相关的部分，所有的监控功能都通过子站系统作用到被维护对象上。塑胶车间的基于Web 的SCADA系统结构图见图1所示。

为了将系统集成为具有测量、控制、管理功能于一体的测控系统，整个计算机管理网络结构采用B/S（Brower/Server）结构、实时数据交换技术――DDE，并嵌入实时数据库技术，实现有效的管控一体化管理。其中工艺控制服务器由实时数据库、操作台浏览器等组成,主要完成生产过程的实时监控功能。除安装常规的Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5、Power Builder 7.0外，还安装有生产工艺控制在线实时服务实据库，以备现场智能控制设备实时访问并下载工艺控制参数。生产在线服务器由数据库服务器、办公用户浏览器等组成,主要完成生产过程的实时监视功能和生产数据管理功能，安装有Windows Server 2000、Microsoft SQL Server 6.5以及生产调度控制数据库。车间Web服务器由企业Internet网站和用户浏览器组成,主要完成远程数据交互功能。

整个车间采用100M快速以态网为主干，连接各个智能控制单元PLC以及工艺控制服务器、生产在线服务器和车间Web服务器，系统采用星型网络拓扑结构。

2.1 班组级网络控制器UNO－2053【2】

在车间班组级SCADA设计中，重点需考虑苛刻的工业现场环境、稳定性以及电磁兼容等问题，同时还要避免操作人员非工作时间使用计算机而造成的不必要的麻烦。为此，选用了Advantech公司的工业级嵌入式微型PC－UNO2053起数据网关作用，它集计算机、通信、控制于一体，同时与SCADA控制器ADAM5510具有良好的兼容性。贴片低功耗CPU避免了工业中风扇故障、Socket结构给控制系统带来的散热、电磁兼容、抗冲击、抗震动问题，同时具有防尘、抗震、抗冲击等特性，能满足苛刻工业现场要求。是一款真正的具有“网络就是控制器”概念的工业级嵌入式网络控制器。

2.2 “网络就是控制器”

所谓的“网络就是控制器”，就是去除内部总线和外部总线，采用单一的总线，传输协议采用标准的TCP/IP协议，整个系统中采用同一数据流，数据传输经过SWITCH、ROUTE选择，而不经过控制器的CPU，实现数据的实时访问，完全没有接口问题，消除管理层、控制层、现场层之间的各种接口，并可与Internet无缝连接。整个系统在此技术下被认为是同一控制器，而不是多个智能控制器的总线互联，称之为“The network is controller”。

UNO－2053网络控制器的一部分并作为连接现场智能控制模块的控制网络，网络集线器被集成在每个控制器中，通过分配空间把内部通信从外部通信中分离开来，此集线器技术和底层协议的集成确保了Ethernet的确定性和兼容性，几乎可以排除数据通信的碰撞问题，可以把Ethernet系统总线看作是现场总线，它可以连接到每个独立的智能控制模块，整个过程和系统被看作成一个逻辑单元，甚至一个独立的现场控制单元，不需考虑网络各层概念，由此就消除了CPU的瓶颈效应，所有数据在网络层中仅表达一次，网络扮演了真正服务器的角色，这正是工业Ethernet能成功地被应用到实时工业控制环境的一大理由，它使网络实现了从现场控制单元到Internet 、Intranet，管理层的直接通信。

2.3 网络化车间调度的多Agent环境

网络化车间调度的多Agent环境随着计算机技术和网络通讯技术的发展,车间内相关的制造设备可以通过局域网相互连接起来，为实现车间制造系统的网络化提供了最基本的硬件平台。在此之上,运用面向对象技术构造车间应用软件系统,将原有的应用系统封装起来，经过Agent化处理，形成多Agent系统。在本系统中,与车间调度有关的Agent主要有：主生产计划Agent、工艺控制Agent、工艺专家Agent、调度员Agent、车间调度Agent、设备信息库Agent、辅助资源信息Agent等，在多Agent的调度环境中，各Agent具有自治性和智能性，它们通过合作和协调共同完成网络化车间任务的动态分配，并及时处理各种扰动，保证系统稳定、可靠的运行。在整个系统中,每一个环节都是以合理的合作策略与通讯的实现为基础,因此,解决Agent间合作与通讯问题是多Agent系统设计的关键问题之一。

图2是采用Agent技术实现的远程的实时控制模块示意图。由图中可以看出,监控模块由3种类型的Agent组成：实时监测Agent、控制A-gent和决策Agent。

3 结束语

企业信息化是我国国民经济信息化的首要任务，而企业综合自动化是企业的发展方向。基于Web的SCADA给企业信息化奠定了坚实的基础。实现企业信息化与综合自动化，不但要发展控制网络，建设信息网络，而且要注重控制网络与信息网络的集成，实现计算机协同工作与信息共享，这是未来数字企业的发展方向。而控制领域的eAutomation的倡导者Advantech则为该信息平台提供了强有力的信息硬件平台和有效的解决方法。我们相信，随着我国企业信息自动化步伐的加快，会有更多的Advantech的eAutomation产品被成功地应用到企业信息化的建设当中去。

参考文献

[1]吴道虎等，基于ADAM5000/TCP的测控系统设计技术，测控技术，[2]2003

[2]ADAM5510 & UNO-2000 Advantech Handbook

[3]李峣等，计算机网络技术，北京：清华大学出版社，2001.9

[4] http://www.sunwayland.com.cn