物流中心設(shè)備SCADA系統(tǒng)研究

李學(xué)勇+徐智

摘 要： 為了解決物流中心設(shè)備管理與維護(hù)無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的難題，提出建立設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)倉儲(chǔ)、分揀設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控進(jìn)行3D建模，并采用有效的檢測(cè)手段和分析診斷技術(shù)，及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。該系統(tǒng)對(duì)于行業(yè)內(nèi)外實(shí)施狀態(tài)監(jiān)控具有較強(qiáng)的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 設(shè)備管理； SCADA； 狀態(tài)監(jiān)控； 3D建模

中圖分類號(hào)： TN911?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）20?0092?03

Research on SCADA system for equipments in logistics centre

LI Xueyong1， XU Zhi2

（1. Logistics Distribution Center， Hengyang Tobacco Company， Hengyang 421000， China；

2. Logistics Distribution Department， Hunan Tobacco Company， Changsha 410000， China）

Abstract： To solve the problems that the management and maintenance of the facilities in logistics center is difficult to realize real?time monitoring， the SCADA system is proposed in this paper to monitor equipment status. On this basis， 3D modeling is used to monitor the status of storage equipments and sorting equipments， and the effective detection method and analysis technology are adopted to control the running state of the equipments timely and accurately to ensure the safety， reliability and economic operation of the equipments. The system has a great reference value for state?monitoring of the equipments both inside and outside of the industry.

Keywords： equipment management； SCADA； status monitoring； 3D modeling

物流業(yè)具有理念新、高成長(zhǎng)性特點(diǎn)，目前卷煙商業(yè)企業(yè)物流中心也逐步由手工分揀、人工臺(tái)賬向自動(dòng)化、信息化作業(yè)模式轉(zhuǎn)變。相應(yīng)的物流設(shè)備也趨向于精密化、集成化，因此，為了及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證設(shè)備的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對(duì)系統(tǒng)的重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行的監(jiān)測(cè)。其目的在于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的各種劣化過程的發(fā)展，以求在可能出現(xiàn)故障或性能下降到影響正常工作之前，及時(shí)維修、更換，避免發(fā)生危及安全的事故。

1 系統(tǒng)概述

本文研究的SCADA系統(tǒng)是完成對(duì)湖南省煙草公司衡陽市公司卷煙物流配送中心倉儲(chǔ)與分揀系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、操作控制的日常工具，是一個(gè)完整獨(dú)立的系統(tǒng)， 其具有下列功能：

（1） 3D?MAX建立設(shè)備模型，模型直接導(dǎo)入開發(fā)平臺(tái)，360°展現(xiàn)所有設(shè)備狀態(tài)；

（2） 全景動(dòng)態(tài)巡航效果，可按預(yù)定軌跡自動(dòng)導(dǎo)航至所選區(qū)域；

（3） 模型顏色變化直接體現(xiàn)設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)；

（4） 故障報(bào)警記錄及事件日志；

（5） 用戶管理。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，SCADA系統(tǒng)將通過工業(yè)以太網(wǎng)連接各分揀子系統(tǒng)、分揀主機(jī)、巷道式堆垛機(jī)、直行穿梭車等控制單元（PLC）。SCADA 系統(tǒng)從每個(gè)PLC 獲取實(shí)時(shí)信息，并且在相應(yīng)界面上顯示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)。

SCADA系統(tǒng)的圖形化仿真界面分為三層顯示：系統(tǒng)總體顯示（即：全視圖）、系統(tǒng)局部放大顯示（即：各子系統(tǒng)分視圖）以及設(shè)備的詳細(xì)參數(shù)或工作數(shù)據(jù)顯示。

設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)作用（在線診斷系統(tǒng)）：

（1） 與設(shè)備層PLC無縫連接，通過監(jiān)控畫面觀察和控制過程，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)可視化；

（2） 實(shí)時(shí)采集過程、報(bào)警、事件數(shù)據(jù)并自動(dòng)歸檔，利于進(jìn)行系統(tǒng)故障、停機(jī)分析，更好地利用設(shè)備、確保更高的現(xiàn)場(chǎng)管理效率和管理有效性，并可得出系統(tǒng)及單臺(tái)設(shè)備的特定參數(shù)（例如MTBF平均故障時(shí)間，MTFF平均維護(hù)時(shí)間等）；

（3） 控制過程圖形化并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示出各設(shè)備檢測(cè)元件狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)集中遠(yuǎn)程控制，并能夠精準(zhǔn)定位故障點(diǎn)，使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員大大加快故障響應(yīng)、處理速度。

2 系統(tǒng)研究

2.1 布局方案

項(xiàng)目采用圖1所示屏幕布局方案。

圖1 項(xiàng)目布局方案

在圖1所示方案中，包括以下內(nèi)容：

（1） 標(biāo)題區(qū)域：顯示系統(tǒng)時(shí)間，同時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)登錄用戶名（如果無人登錄，則顯示無用戶登錄）；

（2） 屏幕控制和導(dǎo)航條區(qū)域：提供各功能屏幕之間切換的按鈕；取得相應(yīng)授權(quán)的用戶登錄系統(tǒng)后，如果點(diǎn)擊這些按鈕，將執(zhí)行已設(shè)定的切換屏幕動(dòng)作；

（3） 顯示區(qū)域：顯示已登錄系統(tǒng)，具備相應(yīng)授權(quán)的用戶可在右側(cè)導(dǎo)航條中選中要顯示的界面，如：全視圖、子系統(tǒng)分視圖、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)視圖、報(bào)警屏幕、事件屏幕等；

（4） 事件顯示條：滾動(dòng)窗口按照時(shí)間順序顯示系統(tǒng)的事件日志；

（5） 報(bào)警顯示條：滾動(dòng)窗口按照時(shí)間順序顯示系統(tǒng)的故障。

2.2 圖形界面

整個(gè)SCADA系統(tǒng)UI設(shè)計(jì)采用目前流行的扁平化設(shè)計(jì)思路（UI設(shè)計(jì)指對(duì)軟件的人機(jī)交互、操作邏輯、界面美觀的整體設(shè)計(jì)），整個(gè)系統(tǒng)界面美觀、簡(jiǎn)潔、富有現(xiàn)代感，并且使得操作更高效，如圖2，圖3所示。

這樣的界面設(shè)計(jì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的效果有：更加簡(jiǎn)單直接地將信息和事物的工作方式展示出來，減少認(rèn)知障礙的產(chǎn)生；更簡(jiǎn)約，條理清晰，內(nèi)容展現(xiàn)直觀；更生動(dòng)地展示出動(dòng)態(tài)的效果。

2.3 設(shè)備布局

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備圖形采用3D視圖，并對(duì)每單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行3D建模，真實(shí)、動(dòng)態(tài)地遠(yuǎn)程再現(xiàn)設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)。即很好地實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)控，簡(jiǎn)化了操作并且避免了操作員不斷切換屏幕，更易于整個(gè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)管理和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)，大大節(jié)約管理、維護(hù)時(shí)間，并且大大提高復(fù)雜設(shè)備的透明可視化程度。

圖2 登陸UI

圖3 操作菜單UI

對(duì)堆垛機(jī)系統(tǒng)、立庫輸送系統(tǒng)，多層穿梭車系統(tǒng)、件煙補(bǔ)貨系統(tǒng)以及高速復(fù)合分揀線系統(tǒng)做出獨(dú)立的監(jiān)控界面，更真實(shí)詳細(xì)的展示出各系統(tǒng)地運(yùn)行情況。整體設(shè)備布局見圖4。

圖4 整體設(shè)備布局

2.4 故障報(bào)警記錄及事件日志

我方將提供以表格方式顯示的故障報(bào)警記錄及事件日志，以便事故原因追溯。并具有故障管理和實(shí)時(shí)打印功能。我方將提供歷史、實(shí)時(shí)報(bào)警查詢功能。用戶對(duì)控制系統(tǒng)的所有控制操作及現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)急停的操作，我方將作為事件進(jìn)行記錄。典型報(bào)警顯示樣式見圖5。

2.5 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控

卷煙物流配送中心倉儲(chǔ)與分揀系統(tǒng)設(shè)備類型多、數(shù)量大，而且相互連接組成DP網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)不易于診斷，我方將在監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)層及設(shè)備層與上位計(jì)算機(jī)故障監(jiān)視，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有力保障，如圖6所示。

圖5 典型報(bào)警顯示樣式

圖6 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控示例

2.6 用戶管理

SCADA系統(tǒng)是多個(gè)操作者共同操作的系統(tǒng)，建立健全的用戶管理制度是系統(tǒng)安全保護(hù)的首要任務(wù)。SCADA系統(tǒng)必須嚴(yán)格限制用戶的操作權(quán)限，依據(jù)用戶的操作權(quán)限允許或禁止其對(duì)系統(tǒng)內(nèi)控制對(duì)象進(jìn)行操作，以防止誤操作。

我方將提供SCADA系統(tǒng)完善操作人員權(quán)限管理功能。

（1） 用戶訪問權(quán)限設(shè)置。我方通過設(shè)置用戶級(jí)別及其訪問權(quán)限，保證SCADA系統(tǒng)的安全性。SCADA系統(tǒng)對(duì)用戶按其身份分為不同級(jí)別，配置相應(yīng)的訪問權(quán)限。同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)控制對(duì)象也分別設(shè)置訪問權(quán)限。用戶成功登錄系統(tǒng)后，操作控制對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)檢查用戶訪問權(quán)限，如果用戶訪問權(quán)限小于控制對(duì)象的訪問權(quán)限，則該用戶不能對(duì)該控制對(duì)象進(jìn)行操作，這樣的做法有效防止用戶對(duì)系統(tǒng)的誤操作。

（2） 用戶登錄、注銷。用戶必須以本人的身份登錄獲得相應(yīng)的操作權(quán)限。用戶登錄時(shí)，輸入用戶名（用戶標(biāo)識(shí)符）和口令，只有兩者正確，才允許其登錄。用戶完成操作離開時(shí)，必須退出登錄狀態(tài)，以免非法用戶侵入系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行非法操作。

（3） 修改密碼。SCADA系統(tǒng)設(shè)置用戶修改密碼的功能，允許任何登錄成功的用戶隨時(shí)啟用該功能，修改該用戶自己的密碼。

3 系統(tǒng)開發(fā)步驟

（1） 用戶界面UI設(shè)計(jì)：針對(duì)項(xiàng)目實(shí)際情況及目前UI設(shè)計(jì)潮流并考慮最終用戶的易操作性、操作邏輯設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的人機(jī)交互界面（例如背景、菜單、圖標(biāo)等）。

（2） 設(shè)備布局及創(chuàng)建所有設(shè)備的3維模型：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際設(shè)備布置情況，在SCADA系統(tǒng)中規(guī)劃整個(gè)卷煙物流配送中心設(shè)備布局，既要體現(xiàn)出整個(gè)中心監(jiān)控系統(tǒng)的“全自動(dòng)化系統(tǒng)集中監(jiān)控”概念又要實(shí)現(xiàn)“易操作、畫面間快速切換”。同時(shí)創(chuàng)建所有設(shè)備的3維模型。我方提供的SCADA系統(tǒng)的圖形化仿真界面分為三層顯示：系統(tǒng)總體顯示（即：全視圖）、系統(tǒng)局部放大顯示（即：各子系統(tǒng)分視圖）以及設(shè)備的詳細(xì)參數(shù)或工作數(shù)據(jù)顯示。

（3） 編寫通信接口協(xié)議：根據(jù)各類型設(shè)備特性及設(shè)備PLC程序，編寫各臺(tái)設(shè)備詳細(xì)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)地址表，并提供詳細(xì)通信接口協(xié)議給最終用戶，為卷煙物流配送中心建立最終信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（4） 系統(tǒng)組態(tài)：根據(jù)控制對(duì)象和接口協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。該過程包含內(nèi)部/外部變量規(guī)劃及建立、圖形畫面組態(tài)、動(dòng)態(tài)效果組態(tài)、腳本程序編寫、報(bào)警組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

（5） 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試：項(xiàng)目組態(tài)完畢后，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)連接各自動(dòng)化系統(tǒng)PLC進(jìn)行項(xiàng)目聯(lián)調(diào)并檢驗(yàn)每一個(gè)采集點(diǎn)的正確性、每條報(bào)警的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

本文以通用的卷煙商業(yè)企業(yè)物流中心設(shè)備為背景，介紹基于倉儲(chǔ)、分揀設(shè)備的SCADA系統(tǒng)，并深入分析系統(tǒng)具備的功能及開發(fā)。該系統(tǒng)具有一定的普遍性和實(shí)用性，可較為明顯提高設(shè)備管理和維護(hù)效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度。系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易用，能滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理及維護(hù)要求。

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