李學勇+徐智

摘 要： 為了解決物流中心設備管理與維護無法實時監(jiān)測的難題，提出建立設備狀態(tài)監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)，在此基礎上對倉儲、分揀設備狀態(tài)監(jiān)控進行3D建模，并采用有效的檢測手段和分析診斷技術，及時、準確地掌握設備運行狀態(tài)，保證設備的安全、可靠和經濟運行。該系統(tǒng)對于行業(yè)內外實施狀態(tài)監(jiān)控具有較強的參考價值。

關鍵詞： 設備管理； SCADA； 狀態(tài)監(jiān)控； 3D建模

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 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、高成長性特點，目前卷煙商業(yè)企業(yè)物流中心也逐步由手工分揀、人工臺賬向自動化、信息化作業(yè)模式轉變。相應的物流設備也趨向于精密化、集成化，因此，為了及時、準確地掌握設備運行狀態(tài)，保證設備的安全、可靠和經濟運行，有必要對系統(tǒng)的重要設備的運行狀態(tài)進行的監(jiān)測。其目的在于及時發(fā)現(xiàn)設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)是完成對湖南省煙草公司衡陽市公司卷煙物流配送中心倉儲與分揀系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、操作控制的日常工具，是一個完整獨立的系統(tǒng)， 其具有下列功能：

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

（2） 全景動態(tài)巡航效果，可按預定軌跡自動導航至所選區(qū)域；

（3） 模型顏色變化直接體現(xiàn)設備當前狀態(tài)；

（4） 故障報警記錄及事件日志；

（5） 用戶管理。

為了實現(xiàn)上述功能，SCADA系統(tǒng)將通過工業(yè)以太網連接各分揀子系統(tǒng)、分揀主機、巷道式堆垛機、直行穿梭車等控制單元（PLC）。SCADA 系統(tǒng)從每個PLC 獲取實時信息，并且在相應界面上顯示設備當前狀態(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）以及設備的詳細參數或工作數據顯示。

設備監(jiān)控系統(tǒng)作用（在線診斷系統(tǒng)）：

（1） 與設備層PLC無縫連接，通過監(jiān)控畫面觀察和控制過程，實現(xiàn)生產可視化；

（2） 實時采集過程、報警、事件數據并自動歸檔，利于進行系統(tǒng)故障、停機分析，更好地利用設備、確保更高的現(xiàn)場管理效率和管理有效性，并可得出系統(tǒng)及單臺設備的特定參數（例如MTBF平均故障時間，MTFF平均維護時間等）；

（3） 控制過程圖形化并實時動態(tài)地顯示出各設備檢測元件狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)等，實現(xiàn)全系統(tǒng)集中遠程控制，并能夠精準定位故障點，使現(xiàn)場維護人員大大加快故障響應、處理速度。

2 系統(tǒng)研究

2.1 布局方案

項目采用圖1所示屏幕布局方案。

圖1 項目布局方案

在圖1所示方案中，包括以下內容：

（1） 標題區(qū)域：顯示系統(tǒng)時間，同時顯示當前系統(tǒng)登錄用戶名（如果無人登錄，則顯示無用戶登錄）；

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

（3） 顯示區(qū)域：顯示已登錄系統(tǒng)，具備相應授權的用戶可在右側導航條中選中要顯示的界面，如：全視圖、子系統(tǒng)分視圖、網絡狀態(tài)視圖、報警屏幕、事件屏幕等；

（4） 事件顯示條：滾動窗口按照時間順序顯示系統(tǒng)的事件日志；

（5） 報警顯示條：滾動窗口按照時間順序顯示系統(tǒng)的故障。

2.2 圖形界面

整個SCADA系統(tǒng)UI設計采用目前流行的扁平化設計思路（UI設計指對軟件的人機交互、操作邏輯、界面美觀的整體設計），整個系統(tǒng)界面美觀、簡潔、富有現(xiàn)代感，并且使得操作更高效，如圖2，圖3所示。

這樣的界面設計對系統(tǒng)產生的效果有：更加簡單直接地將信息和事物的工作方式展示出來，減少認知障礙的產生；更簡約，條理清晰，內容展現(xiàn)直觀；更生動地展示出動態(tài)的效果。

2.3 設備布局

整個監(jiān)控系統(tǒng)設備圖形采用3D視圖，并對每單臺設備進行3D建模，真實、動態(tài)地遠程再現(xiàn)設備實時狀態(tài)。即很好地實現(xiàn)了集中監(jiān)控，簡化了操作并且避免了操作員不斷切換屏幕，更易于整個設備現(xiàn)場管理和現(xiàn)場維護，大大節(jié)約管理、維護時間，并且大大提高復雜設備的透明可視化程度。

圖2 登陸UI

圖3 操作菜單UI

對堆垛機系統(tǒng)、立庫輸送系統(tǒng)，多層穿梭車系統(tǒng)、件煙補貨系統(tǒng)以及高速復合分揀線系統(tǒng)做出獨立的監(jiān)控界面，更真實詳細的展示出各系統(tǒng)地運行情況。整體設備布局見圖4。

圖4 整體設備布局

2.4 故障報警記錄及事件日志

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

2.5 網絡狀態(tài)監(jiān)控

卷煙物流配送中心倉儲與分揀系統(tǒng)設備類型多、數量大，而且相互連接組成DP網絡，出現(xiàn)網絡故障時不易于診斷，我方將在監(jiān)控系統(tǒng)中實現(xiàn)設備網絡層及設備層與上位計算機故障監(jiān)視，實時監(jiān)測整個網絡狀態(tài)，為設備的正常運轉提供有力保障，如圖6所示。

圖5 典型報警顯示樣式

圖6 網絡狀態(tài)監(jiān)控示例

2.6 用戶管理

SCADA系統(tǒng)是多個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)安全保護的首要任務。SCADA系統(tǒng)必須嚴格限制用戶的操作權限，依據用戶的操作權限允許或禁止其對系統(tǒng)內控制對象進行操作，以防止誤操作。

我方將提供SCADA系統(tǒng)完善操作人員權限管理功能。

（1） 用戶訪問權限設置。我方通過設置用戶級別及其訪問權限，保證SCADA系統(tǒng)的安全性。SCADA系統(tǒng)對用戶按其身份分為不同級別，配置相應的訪問權限。同時系統(tǒng)內控制對象也分別設置訪問權限。用戶成功登錄系統(tǒng)后，操作控制對象時，系統(tǒng)檢查用戶訪問權限，如果用戶訪問權限小于控制對象的訪問權限，則該用戶不能對該控制對象進行操作，這樣的做法有效防止用戶對系統(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的操作權限。用戶登錄時，輸入用戶名（用戶標識符）和口令，只有兩者正確，才允許其登錄。用戶完成操作離開時，必須退出登錄狀態(tài)，以免非法用戶侵入系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行非法操作。

（3） 修改密碼。SCADA系統(tǒng)設置用戶修改密碼的功能，允許任何登錄成功的用戶隨時啟用該功能，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設計：針對項目實際情況及目前UI設計潮流并考慮最終用戶的易操作性、操作邏輯設計出高質量的人機交互界面（例如背景、菜單、圖標等）。

（2） 設備布局及創(chuàng)建所有設備的3維模型：根據現(xiàn)場實際設備布置情況，在SCADA系統(tǒng)中規(guī)劃整個卷煙物流配送中心設備布局，既要體現(xiàn)出整個中心監(jiān)控系統(tǒng)的“全自動化系統(tǒng)集中監(jiān)控”概念又要實現(xiàn)“易操作、畫面間快速切換”。同時創(chuàng)建所有設備的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）以及設備的詳細參數或工作數據顯示。

（3） 編寫通信接口協(xié)議：根據各類型設備特性及設備PLC程序，編寫各臺設備詳細數據采集點地址表，并提供詳細通信接口協(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)提供數據基礎。

（4） 系統(tǒng)組態(tài)：根據控制對象和接口協(xié)議進行系統(tǒng)組態(tài)。該過程包含內部/外部變量規(guī)劃及建立、圖形畫面組態(tài)、動態(tài)效果組態(tài)、腳本程序編寫、報警組態(tài)、網絡組態(tài)。

（5） 現(xiàn)場調試：項目組態(tài)完畢后，進入現(xiàn)場連接各自動化系統(tǒng)PLC進行項目聯(lián)調并檢驗每一個采集點的正確性、每條報警的準確性。

4 結 論

本文以通用的卷煙商業(yè)企業(yè)物流中心設備為背景，介紹基于倉儲、分揀設備的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用性，可較為明顯提高設備管理和維護效率、降低勞動強度。系統(tǒng)設計簡單易用，能滿足現(xiàn)場設備管理及維護要求。

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