西门子CPU模块6ES7516-2PN00-0AB0型号规格

如果没有计算机，在一个烟草厂计算生产量是非常繁琐且容易出错的。基于PC的监控系统能够自动收集并记录生产数据，大幅度地提高了工厂管理和设备维修的效率。在此基础上结合以太网通讯，大大优化了烟草生产线的制造和管理。

       此次，我们的客户为中国一家颇具品牌实力的烟草制造商，在与研华合作之前，客户的生产线已经由可编程逻辑控制器（PLCs）实现自动化。尽管如此，他们仍需要依靠人力来计算香烟及其他材料的数量，他们的工程师通过人力检查和记录存储在PLCs中的数据，完成数据分析。

       在此项目中，研华采用基于PC的监控设备，安装至制造设备中，再将相关的数据显示在触摸式屏幕并传输到控制中心，有效减少错误、提高管理效率。

项目需求

       烟草生产厂生产环境复杂、拥有各种制造设备，包括烟草撕碎机、干燥机、香烟制造机器、包装机等。整个工厂需要有宽范围的温度、电压。因此，工业级计算机必须强固、可靠。此外，IPCs需要有PCI扩展槽，用于插卡并与生产线的PLCs相连接。另一方面，监控系统收集和传送大量数据，需要有强大CPU的工业级PC和高速可靠的以太网络。

 项目实施

系统架构

系统描述

       研华为该客户提供的监控设备是为此客户特别设计的设备。每个设备采用无风扇嵌入式工业电脑UNO-3282做内部设备、19” TFT LCD工业触摸平板显示器FPM-3191G作为前端人机界面。FPM-3191G不锈钢外壳和NEMA4/IP65铝制前面板设计，可实现在严苛及高灰尘环境下设备的正常运行。

       此外，高性能嵌入式工业电脑UNO-3282具有强大的Inbbb Core 2 Duo处理器，扩展能力强，可任选2个PCI扩展槽或1个PCIe和1个PCI槽，连接设备级PLCs。UNO-3282具有分组能力的千兆以太网口，可连接至以太网络监控设备。其网络冗余和备份电源SRAM可保证以太网络的一致性，甚至在电源故障或以太网络故障情况下数据仍可稳定传输。

       设备层，烟草制造设备和PLCs通过ProfiBus协议连接。UNO-3282从这些PLCs收集数据并传输到中央控制室。数据终显示在工业平板显示器FPM-3191G上，用户可很方便的读取所显示信息，且可通过简单的触摸操作即可完成命令发送等。

随着测试和测量领域中计算机技术的不断渗透，仪器系统中将更多地采用目前流行的总线类型，如通用接口总线(GPIB)和串行接口总线，以及新近出现的以太网、USB和IEEE 1394等通信总线，本文介绍这个领域的发展趋势。

采用结构化的仪器系统可以很方便地将目前甚至将来的I/O总线集成在一起，因此可以很好地保护已有的软硬件投资。提供这种通用结构的关键在于软件。利用一些工业标准软件如虚拟仪器软件结构(VISA)和可互换虚拟仪器(IVI)可以将不同的I/O总线集成到一个系统中，并提供抽象层以升级到新的总线，而这一切对用户来说是透明的。采用这种**结构不仅可以使先期投资继续发挥效能，还能在无需了解低层细节的基础上充分利用。

利用现有常用总线来拓展连接性能

GPIB和RS-232串行总线一直是多年来被广泛采用的通用I/O接口总线。仪器厂商在他们数千万的仪器仪表中应用GPIB接口(主要用于仪表控制设备)的历史已经有几十年。调制解调器和打印机中广泛应用的串行通信规范RS-232也同样被广泛用于各种仪表控制设备。这两种接口的不同点在于：采用GPIB总线的每个控制器多能够控制14个仪器，而通过RS-232接口只能连接和控制一个设备。

新型总线的优越性能

近越来越多的独立式仪器开始采用以太网、USB或IEEE1394作为可选的通信接口。基于以太网的仪器控制设备利用了这种总线的的优越性，比如可以实现对仪器的遥控，甚至不同用户可以在不同地点实现对仪器的共享访问。通过以太网实现对仪器的控制已有专用的协议(VXI-11)可供使用。

每种总线都有其特点。USB总线是一种即插即用型总线，主机可以对连接到这种总线上的设备进行自动检测和自动配置，因此通过USB接口可以方便地将一些外围设备如键盘和鼠标等连接到PC机上。由于目前USB接口已经成为PC机的标准配置，因此应用人员无需再去购买专用的控制器。另外值得一提的是，由于通过USB进行仪器控制还没有现成的协议可以利用，因此需要从仪器制造商处获得专门的处理设备。

IEEE1394是苹果公司开发的一种高性能串行总线，虽然微软的视窗98/2000支持该总线，但Inbbb的PC外围芯片目前仍未配备支持该总线的电路，因此在大多数情况下PC机仍要采用IEEE1394控制器。IEEE1394行业协会已经定义了通过1394控制仪器所需的整套协议。

保护投资的桥

由于在采用新型总线方面仪器制造商总要比PC制造商来得慢，因此除了在仪器上直接增加新型总线外，桥的应用成为可行的第二种选择方案。桥本身是一种硬件产品，它提供二种总线类型，主要完成总线间信号的转换，因此原有设备利用桥就能方便地提供新型总线功能。桥能保护人们在硬件、软件方面作出的投资，并能节省大量时间，因此成为一种较佳的透明解决方案。举例来说，如果希望用“以太网到GPIB总线桥”替代GPIB插入式控制器，那么原来用于GPIB插入式控制器的那些代码仍可以不作任何修改地加以利用。

创建灵活的软件结构

A. VISA标准基础知识

为了实现工业化软件的兼容性，VXI即插即用系统联盟开发了专用于I/O软件的标准VISA。当该联盟在1993成立之时，业界就存在许多与VXI、GPIB和串行接口有关的非标准实用商业I/O软件。对于这些总线来说，VISA提供了一个公共的基础平台，用于高层多供应商系统软件组件的开发、传送与互通，比如仪器驱动器(driver)、软面板以及应用软件等。虽然VXI联盟定义了这样的VISA标准，但在实现具体的VISA程序的过程中，不同供应商有不同的实现方法。

由于VISA定义了用于仪器通信的应用编程接口(API)，因此当需要升级到新的接口总线或采用混合I/O系统时，可以很好地保护软件方面的已有投资。比如NI-VISA标准就不仅能兼容VXI、GPIB和串行总线，还可兼容PXI和以太网接口。

B. 利用通口模型简化VISA实现

过去的模型存在一个问题，那就是每个供应商设计的VISA标准都是针对厂商自身的控制器开发的，它们不能用于其它厂商的控制器产品。另外，为了适应新接口的需要，不得不安装一套完整的VISA库，有时，来自于不同供应商的VISA库就不能兼容已有接口。

为了解决上述问题，国家仪器公司(NI)采用“通口(passport)”插入式模型重新开发了VISA标准，它对每种不同的总线定义了不同的通信端口或通口。核心VISA库包含各种流行的高层VISA API，NI通口模型负责从核心VISA库中分离出用于连接总线的专用通信装置。采用这一模型后，每种不同的总线都需要通过相应的通口才能连接核心VISA引擎，因此在不影响现有接口的情况下能方便地提升新型总线的兼容性。

另外, 利用这一模型能够实现多供应商和多接口系统。与其它仍依赖于组件对象模型(COM)技术的解决方案相比，多平台ANSI-C技术仍将是这种通口模型的基础。除了VISA目前所支持的接口类型外，NI公司承诺将在VISA中增加所有将流行于测试和测量设备的其它兼容性总线接口。

C. IVI的多功能性

IVI组织正在积极为建立在VISA基础上的仪器驱动器(反映了底层通信细节的软件模型)定义合适的标准，以期提供一个功能强大的高性能易用仪器通信协议。这些根据基本标准创建的仪器驱动器包含高层函数，如配置测量或读取波形的函数，这些函数内部已包含了底层的VISA读写功能。结合VISA的功能特点，IVI提供了一种功能强大的体系结构，在此基础上能够较好地实现多供应商多平台的混合I/O测试系统。

D. 软件架构提高互连的性能

随着多供应商多接口系统的普遍应用，人们急需一种能够轻松处理这些系统以及能大化软件复用的软件架构，而基于VISA的软件架构恰好能满足这方面的要求，并具有以下优点：

1. 可兼容多种连接总线，能方便地设计出包含新旧总线在一起的系统。另外，插入式模型还能提供升级到未来总线的佳途径，其中也可能包括蓝牙技术。

2. 能够有效地保护硬件投资，并且利用桥产品顺利地将现有硬件合并到原系统中去。采用多接口结构后，无需更换所有仪器或等待它们提供新型总线功能就能轻松地使用新型总线技术。

3. 保护系统中技术含量高的软件投资。在应用桥产品升级到新的控制总线后，可以在不修改代码的情况下控制原有设备。对于仅工作于新型总线的仪器来说，采用VISA的系统仍能照常工作。

4. 无需再学习过程。虽然采用新型总线对仪器进行编程可能需要设计人员学习全新的API技术，但类似的API仍能与VISA通口模型一起工作。

5. 能兼容目前流行的仪器操作平台。VISA API目前能很好地工作于bbbbbbs、Linux、Macintosh、Solaris等多种平台。

本文总结

未来的测试系统将由测试硬件加上混合I/O接口组成。在系统的有效寿命期间，保护软硬件投资的佳途径就是采用一个稳定的能够与多供应商、多接口和多平台系统协同工作的软件架构

1 引言
我厂#705机组DCS系统系2004年大修中DCS系统及DEH一体化改造完毕，DCS及DEH系统采用和利时公司SmartPrO3.1.3软件系统，硬件为和利时公司MACS TM系统硬件，系统改造后，运行稳定。但是系统在2006年5月下旬＃705机组DCS系统频繁出现死机!

2 故障简况
系统在2006年5月25晚上锅炉制粉盘死机，运行人员看到显示画面数据变化迟滞，切换画面后正常。
系统在2006年5月30下午下班后，接到运行打来电话，锅炉主盘死机，甲引全开。在现场发现甲引开接点一直发出，运行人员切换画面及重新登录无效，热工人员对其接点进行切换后，重新操作恢复正常。
下面是＃705机组DCS系统频繁出现死机(时间30s不等又自行恢复)现象(表1所示):有时一个站数据显示滞缓、操作不灵活、送引风调节中某个出现指令一直发出、严重时整个操作员站短时数据中断，严重影响了我厂的机组安全运行，下面是处理的整个过程。

表1 系统死机记录

3 故障分析
硬件角度:通过以上现象主要是人机接口故障，对于单台操作员站有问题，主机有可能有问题，主板、硬盘、通讯网卡等，通过检查发现有三台机主板出现问题。
通信网络角度:一般容易发生在接点总线、就地总线处、或地址标识错误所造成。
系统角度:参数设定、系统操作不合理、服务器出现故障等原因。
着重围绕上面几个方面进行查找故障点:从死机范围及影响设备来看，分析是主机问题，但是对于6月9日整个系统出现死机，怀疑是服务器问题，笔者将这一情况迅速反映厂家。厂家开始怀疑是服务器设置或存在病毒，根据现场情况，DCS有很严格的规定，不准任何人在DCS上拷贝，与MIS系统连接是单向传输，中间也加了隔离装置，病毒不太可能;设置参数经厂家确认后也没有问题;后还是把问题集中了服务器上，对趋势存在断点问题进行了共同分析，主服务器成了后故障点。

4 故障处理
5月25日锅炉制粉盘出现死机后，热工人员发现主机故障，更换了一台主机，对系统进行检查后，将系统重新启动，系统运行正常，并将这一情况反映至DELL厂家进行修复，DELL厂家6月2日将主机修好。
5月29日锅炉运行发现锅炉主盘系统风烟数据全部显示#COM后，大约30s后，系统数据显示自行恢复，但是乙侧引风机液偶调节关指令一直保持，液偶全关至0，运行人员及时调节甲侧设备保住机组稳定，之后，热工人员对主盘进行检查，将这一情况反映厂家，厂家分析系统参数设置有问题，将参数检查无误，反馈给厂家。得到厂家答复:在SmartPrO3.1.3中有这样问题，系统死机时，如果操作的话，在恢复后，系统会一直记忆这个指令，造成全或全关现象，解决这个问题只有对系统进行升级。由于系统运行，故对发电分场监盘人员交代:在系统出现数据滞缓时，不要进行操作，待系统运行画面正常时再进行DCS系统进行操作。
6月4日又出现一次5月29日同样现象，但设备为甲引风机液偶全开，运行迅速对设备进行关联调整，热工处理检查后系统正常，判断还是系统通讯方面的问题。由于出现死机现象与主要集中在＃12IO站和锅炉控制主盘，是不是＃12IO站主控有问题呢，但查找的相关资料没有反映出这一问题。
6月7日早上7点多又出现一次5月29日同样现象，这次设备为甲引风机液偶全开，开度100％，热工检查发现主盘主机有问题，将主机进行了更换，我们也对主机加强了检查力度。
6月8日又出现两次死机，连续出现三次同样故障，严重威胁机组安全运行，迅速和北京和利时厂家取得联系，根据厂家的提示，笔者对服务器及＃12IO站进行检查，发现主服务器右下方的三色球有好几个，厂家怀疑在运行中主从服务器有切换现象，征询能否主控制进行切换，并且对锅炉主盘主机与打印站的互换，下午四时热工对＃12站系统进行切换。

6月9日运行反映甲送风机在系统死机后，关指令一直发出，一次风压迅速下降800Pa，系统的不稳定严重威胁到机组的正常运行，热工人员对系统检查后，对主服务器进行重新启动，发现趋势有断点，列表在后，怀疑的重点集中为主服务器。一直待到19:00也未发现其他情况，晚上20:00又接到运行电话，DCS系统出现两次死机，这次不是锅炉主盘一台，而是操作员站全部死机，迅速赶往现场，系统已经自行恢复正常，这次暴露出来主服务器肯定存在问题，大家对运行监视组合进行调整，锅炉主盘比较重要，制粉盘近期运行较好，将锅炉主盘与制粉盘交换位置;与锅炉主盘商量让其到制粉盘监盘，将锅炉主盘退出进行重新新建工程，系统检查无误后，在运行登录，将与系统关联的GPS系统退出。并同时联系厂家尽快到现场解决问题。
厂家6月10到厂后，对锅炉主盘进行检查未发现异常，同时对更换到打印站的主机进行检查，发现计算机设置有不一致的地方，并对其进行了处理。询问6月6日～6月9日有11次的10～35s的问题(表2所示)，厂家分析服务器有问题，我厂有服务器备件，提议更换主服务器，厂家认为没有必要，软件问题进行重装就可以解决，系统升级后，这方面的问题就不存在了，所以没有更换主服务器。对系统升级，彻底解决系统死机期间操作的指令一直发出问题。

表2 趋势断点记录表

机组6月13日停机调峰，利用这个机会配合厂家对服务器进行重新安装，并对系统进行了升级为SmartPrO3.0.3＋SP2，在中试对DCS系统测试后，于6月16日将系统重新恢复运行，机组目前运行状态良好。

5 结束语
综合以上经过，笔者发现系统出现死机的主要问题是主服务器的问题，在今年大修前我们采纳了厂家建议购置了一台服务器备件;在运行中对设备的日常维护很重要，不单是保证设备在正常的环境中运行，设备巡回检查一定要落到实处，发挥巡回检查的真正意义。
系统出现某台操作员站问题，由于设备已经有3年的使用期，今年的大修中笔者更换了几台有问题的主机，对这次主机部分出现问题，笔者联系了DELL厂家对有问题的主机进行了更换。
对DCS系统缺陷处理，主机更换中一定要检查彻底。
对于其连接的其他系统如MIS等，由于其服务器是直接挂在DCS系统的服务器上的，所以对其的操作一定要规范，其IP地址不能与DCS系统有重复的。