6ES7212-1AB23-0XB8原装代理

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发动机的生产是一个十分精密的加工过程，并且生产节拍也处于相对较高的水平，这就要求人们使用高速、精密以及可靠的控制系统和设备。一般在发动机车间各机加工线和装配线上，都会配置触摸屏作为人机界面，供现场人员操作和观察有关数据。 

按照惯例，系统集成商接到项目以后，就会按照客户的要求对整个电气系统进行设计和开发，其中主要包括触摸屏操作画面和PLC程序。从理解客户要求开始，经过一系列的技术澄清过程，直到后现场调试，一般需要花费几个月的时间。那么，有没有什么办法可以尽量节约这部分精力，从而大大缩短项目开发安装时间，并且给客户提供一种统一、便于移植和维护的控制系统呢？ 

AAS 

    GE Fanuc智能设备在汽车行业有着20多年的行业经验，积累了丰富的知识和技能，可以提供完善的整体解决方案，在汽车行业一直处于领导地位。目前，在全球有超过一千多个工厂使用了GE Fanuc智能设备的解决方案，它们每年生产出超过一千万辆整车和超过十亿件汽车零部件。基于多年积累的经验和知识，GE Fanuc智能设备为上述问题提供了完满的答案——AAS（装配应用套件，Assembly Application Suite）。

AAS是GE Fanuc智能设备设计的一套针对发动机车间装配线的集成应用解决方案， 它把GE Fanuc智能设备的软件和硬件有机结合在一起，形成一个工艺应用模板

    
    AAS是GE Fanuc智能设备设计的一套针对发动机车间装配线的集成应用解决方案，它把GE Fanuc智能设备的软件和硬件有机结合在一起，形成一个工艺应用模板。在此基础上，根据不同的现场工艺要求，只需要一些简单的参数赋值和修改工作，就可以把这个系统实际应用到车间现场了。 
    
    AAS由硬件和软件两大部分构成，其中硬件部分主要包括PAC RX3i系列PLC和Quick Panel系列触摸屏，软件部分则包括触摸屏画面模板和PLC梯形图程序模板两部分。下面就主要介绍一下软件部分的主要功能。 

1.一个开发环境：Proficy Machine Edition 

    在这个套装软件包里头，所有的画面程序、PLC梯形图程序以及运动控制都是在Proficy Machine Edition这一个开发环境下完成的。除此之外，Proficy Machine Edition还支持远程监控、符号化地址等功能。 

2.完备的功能结构 

    基于对发动机车间装配线的深刻理解，并汇总了众多客户的不同要求，AAS软件的套件结构如图1所示。

图1 AAS软件的套件结构

    它可以支持多种底层控制系统，可以监控设备的各种动作并对运动轴进行直接管理，支持RFID系统进行防错，还可以对通讯网络进行在线诊断，并具有简单的生产管理功能，如产量统计、工作循环时间扫描等。 

3.操作画面功能简介 

操作画面中可以提供8大类操作： 

（1） 设备概览：在这里可以定义循环类型，查看启动条件是否满足等； 
（2） 工艺：包括工艺选择、计量、查看循环时间等功能； 
（3） 外围设备：主要对拧紧枪等外围设备进行管理； 
（4） 手动功能：主要应用于运动控制； 
（5） 连接：与RFID系统或者拧紧枪进行通讯，进行数据采集与应用； 
（6） 诊断：对设备或者网络进行实时监控，一旦发生故障则发出警示信息； 
（7） 特别工艺画面：主要包括客户自定义画面； 
（8） 特殊画面：对操作语言进行选择； 

    可以用图2来概括整个系统的功能，可以看出，这个模板已经基本包括了发动机车间装配线上的所有操作和监控要求。

图2 系统结构

4.PLC梯形图程序功能简介 

    在这个模板里，具有超过90个预先定义好的主程序块和控制、工艺、报警、现场总线、运动控制和RFID等子模块。并且，用户可以在这个基础上根据自己的需要进行修改。 

系统集成商所获得的利益 

1.减少了工程成本 

软件开发方面约为几十万元。 

2.缩短了工程周期 

具备可供深入开发的工具箱；具备HMI、运动控制、现场总线和RFID；符合IEC 61131标准；拥有预先打包的应用模块；是通用软件。 

3.减少了维护成本 

（1） 只需要学习、使用和维护一种软件； 
（2） 内含软件管理工具（上传、下载以及比较）； 
（3） 支持网络远程监控； 
（4） 通用硬件平台； 
（5） 通用于每一区域、每一工作站。 

终用户所获得的利益 

1.标准的操作 

（1） 相同的画面布局； 
（2） 相同的操作界面； 
（3） 相同的报警及信息格式。 

2.减少了备品备件 

具备相同的硬件平台（PLC、I/O、Motion和HMI）。 

3.减少了培训需求 

（1） 软件环境唯一； 
（2） 相同的硬件平台。 

4.减少了维护成本 

（1） 只需要学习、使用和维护一种软件； 
（2） 内含软件管理工具（上传、下载以及比较）； 
（3）支持网络远程监控； 
（4） 通用硬件平台； 
（5） 通用于每一区域、每一工作站； 
（6） 具备系统诊断功能。 

总体来说，AAS是一种更快的以及成本更低的发动机装配线控制解决方案

1 引言

　　FMCS系统是一个采用分层的分布式结构的监控系统，总体上讲分为四层结构，底层为现场设备层，包括各类传感器、探测器、仪表和执行机构等设备;第二层为现场总线控制层，主要完成现场控制器，PLC等设备对底层设备的数据采集，下发控制命令，多采用MODBUS，PROFIBUS，RS-485 以及LONWORKS等总线协议，具有实时性要求;第三层为子系统监控操作层，主要完成各子系统的监视和操作,HMI人机界面，现场数据的提取，并作为集成系统的OPC Server数据源，是确保各子系统独立运行的基础;上层为监视和管理中心，负责整个系统协调运行和综合管理，采用和遵循标准的以太网好人和TCP/IP协议，以通用数据库为基础，通过ODBC（开放式数据库互联驱动）标准接口，SQL结构化查询语言进行数据提取和交换。

2 集成需求

　　天津CTS是一座具有现代化智能型工业厂房。目前所涉及到的自系统包括EMS能源管理系统、FA火灾报警及消防系统、DCS分布式集散系统、CNS计算机网络（Intranet ）系统、OS办公自动化信息系统等子系统。根据业主和智能化厂房的要求，同时兼顾未来的发展趋势，拟对上述自系统在工厂级局域网（TCP/IP以太网）上进行系统集成为FMCS。用户不仅可以在局域网上浏览和操作FMCS系统的数据，还可以借助于国际互联网Internet，在任何地点，任何时间查看、浏览和操作FMCS系统。

　　FMCS的各子系统都具有独立的硬件和丰富的软件功能，在实现底层物理连接和标准的通信协议之后，由软件功能实现信息共享和交换是系统集成的关键内容。各子系统与FMCS的信息数据流如下：

　　l EMS与FMCS数据流

　　A. 接受FMCS的控制指令：如预制空调控制模式及参数设定，火警联动控制，厂房环境控制设备的启停。

图1 FMCS系统组成及信息流示意

　　B.向FMCS发送数据：系统运行过程参数和历史数据，系统大型设备运行累计报表，各种报警及报表，现场控制器运行状态等。

　　l FA与FMCS数据流

　　向FMCS发送数据：各防区探测设备状态和各控制主机运行的累计报表，报警及与其它子系统报警信息。

　　l DCS与FMCS数据流

　　A.FMCS的控制指令：预制生产过程控制系统的控制模式，控制参数及报警参数设定，报表预制。

　　B.FMCS发送数据：实时过程数据，历史数据，报警数据，设备运行设备运行状态。

3 FMCS集成方案

　　3.1 系统硬件集成

　　由于类属于EMS的HVAC系统包含有两个部分，其一 为舒适型空气调节系统，此多为工厂非生产区的环境控制，如办公楼，写字间等，相对控制工艺简单，采用SIEMENS楼宇科技的APPOGE 600 系统即可胜任。其二为生产区洁净系统，工艺要求复杂，控制精度要求较高，该系统控制品质的优良直接影响企业生产的质量，所以选用SIEMENS S7—300型PLC作为主控制器，PLC系统与楼控系统的集成通过网关，在相对底层进行集成，这样的集成保证了HVAC系统的完整性，可作为独立子系统单独运行。另外同属于EMS的电梯控制系统和动力配电系统也是通过网关在底层进行集成. HVAC系统主机上运行的是bbbbbbS NT平台上的Insight软件,它是SIEMENS楼宇科技多任务环境功能强大的软件包.除具备所有完整的HVAC控制策略外,它还是一个理想的OPC Server.

　　FA火灾报警及消防系统属于第三方提供的子系统，国家对该系统的施工,方案组织和实施都有相应严格的规定.对FA系统集成的原则上在局域网上通过OPC Server技术实现，一般情况下，FA主机上运行的系统软件都能提供COM/DCOM的接口组件。也有部分厂家的产品不具备上述软件接口协议，而仅提供基于RS-232或RS-485的通用或专用协议,在这种情况下,就需要自行开发基于网络应用的ActiveX控件或OPC Server,使FA系统在工厂局域网上开放并能够共享其系统的数据。

图2 FMCS系统集成示意图

　　DCS系统也属于第三方提供的系统,目前倾向采用的方案是以PLC作为现场工艺流程控制的基控制器,并通过网络将分布的各控制器集中起来,从而实现DCS分散控制,集中管理的功能.由于所采用的PLC的不同,其联网方式也会有所不同.目前大多数PLC产品都支持以太网Ethernet的组网方式,用以太网组网,可以充分利用工厂企业网Intranet信息点资源,利用企业结构化综合布线的基础,可十分方便地纵向集成DCS系统.DCS操作软件采用Inbbblution公司iFIX软件,该软件不仅具备丰富和优良的HMI界面,而且可直接驱动企业的数百种控制器或I/O设备,其自身既可以作为一个OPC Server,也可作为OPC Client,并且全面支持ODBC API接口,可直接把实时数据写入一个或多个关系型数据库,也可从关系型数据库回写数据到iFIX实时数据库中.为系统集成奠定了技术基础,是目前工业控制领域中的软件产品.

　　FMCS主机在宏观上讲,是所有各子系统OPC Server的客户端,完成低端的接口驱动,并通过ODBC接口,向FMCS主服务器构建共享的大型数据仓库.

　　FMCS主服务器实际上就是一个Microsoft SQL Server,该服务器的构建可视工厂企业网Intranet上数据库服务器的具体情况而定,或合并,或分散,要以网络数据负荷均衡,工作协调为原则.

　　整个FMCS客户端的数据浏览采用基于WEB页的浏览器/服务器,即B/S结构.随着Internet愈来愈广泛的应用,原来基于LAN的企业网开始采用Internet的技术来构建,即所谓的Intranet.于是这种B/S结构模式应运而生,并且获得飞速发展,成为众多厂家争相采用的一种技术.

　　3.2系统软件集成

　　系统集成的功能终是由软件实现的,而软件技术的核心和基础即是OPC Server,ActiveX,COM/DCOM;数据库服务器软件SQL Server或Oracle又是其密不可分的组成部分;DHTML,ASP以及VB或JAVA脚本语言等Web技术是其终的表现手段.

　　OPC（OLE For Process Control）是与厂商无关的软件数据交换标准接口和规程，由微软倡导而成立,主要解决过程控制系统与其数据源的数据交换问题，可在各应用之间提供一种透明的数据访问。可以说OPC是工业监控软件的现场总线。其基本思想是：每个硬件厂商为其设备开发一个通用的数据接口（既OPC Server）,供其它系统读写信息，应用软件也通过OPC规范的接口来读写硬件设备的信息（作为OPC Client）。通过OPC Server访问过程数据，可以克服异构网络和网络协议之间的差异。采用OPC技术，可以完全解决FMCS集成子系统之间的互联性和互操作性问题，构造真正开放、通用的FMCS系统。

　　将各个硬件设备驱动程序和通讯程序封装成独立的OPC数据，可以独立运行或嵌入式运行，从而能够大限度挖掘硬件的潜力，提高驱动程序的性能。一方面，上层应用软件可以不关心硬件的性能特点;另一方面，由于硬件程序和上层应用的相对独立，硬件性能的变动不影响上层应用软件的使用，使硬件可在遵循OPC数据接口协议的基础上独立升级，软件开发商不必因硬件的特性改变或重写驱动程序。

图3 基于OPC应用的软硬件结构

　　同时，因为硬件驱动的OPC服务器建立在上位机中，所以上层应用与OPC服务器之间的数据交换是应用程序间的数据交换关系,不需要包含各自的设备驱动程序，这可以避免多个设备驱动程序同时访问可能引起的冲突。

　　此外，硬件驱动程序封装成OPC服务器后，相对于底层与硬件设备间的软件通讯协议是不可见的，使硬件厂商的技术得到有效的保护。使用OPC技术还可使控制系统模块化，开放性和重用性大为提高。上层应用OPC数据客户端，可以不包含任何通讯接口程序，不必关心低层硬件的实现，只需遵循OPC数据接口协议，就能够从不同的硬件厂商提供的OPC数据服务器中取得数据，从而实现数据的灵活配置的多种系统的真正意义上的集成。

　　以上所述,我们会认为OPC主要解决了底层硬件设备的I/O驱动的问题,实际上,OPC技术规范还解决了大量的应用层之间的数据交换,如各子系统EMS,FA和DCS操作站软件之间数据共享,使以上子系统从应用的角度看上去,更象一个智能化的"超级"设备.FMCS正是将EMS,FA和DCS系统当作这样一个"超级"设备来进行集成的,如图3 所示.

　　利用ActiveX技术也是一种系统集成的途径,这对那些不提供OPC技术规范,而仅提供此类接口规范的设备和系统比较适用. ActiveX是OLE在Internet上的扩展, 它的出现使OLE技术得以进入Internet和Intranet. ActiveX的技术包括文档,控件,COM/DCOM组件,超级链接,服务器扩展以及脚本语言等.ActiveX控件可以在非网络应用中使用,还可以嵌入到基于Web页的网络应用中.通过在HTML文件中激活一个非HTML文件,可以访问诸如WORD,EXCEL等文档.服务器扩展使用DLL（动态链接库）实现并提供某些Http服务器没有提供的功能,如数据库的链接等.

　　OPC Server和ActiveX技术同属于OLE（对象链接和嵌入技术）技术,其基础都是COM.COM（Component bbbbbb Model）为OLE规范了编程模型和二进制标准,定义并实现了软部件机制,并将这种软部件统称为"对象",这种"对象"很像C++的类,也支持封装,具有多态性和可重用性,它包含两种成员,即属性和方法.但是作为二进制象,COM关心的是与其他对象的接口,不关心如何与外部交互. COM不是一种编程语言,它是一种能使软部件作为对象进行相互作用的二进制标准. DCOM是COM在网络上的延伸和扩展.

4 结论

　　FMCS 系统信息集成应用模型的设计应完全企业内部网Intranet之上，通过Web服务器和浏览器技术来实现整个网络上的信息交互、综合与共享，实现统一的人机介面和跨平台的数据库访问。因此可以真正做到局域网和远程信息的时实监控，数据资源的综合共享，以及全局事件快速的处理和一体化的科学管理。

1   前言
    众所周知，在工业应用中，产品的稳定性和可靠性是衡量其品质的一个重要指标。一般用户对一个工业产品的要求是：它的性能可以不是强的，但是它的稳定性和可靠性一定要是好的。所以为了尽可能提高产品的稳定性和可靠性，“冗余”的思想在工业控制中得到了广泛的应用。

2   简单工业网络冗余
    我们以一个已经在实际中应用的组网方式为例。组网方式如图 1所示。

图 1  CAN-100同多个目标主机通讯

    这是一个分布式CAN网络采集和控制系统，CANET-100将CAN网络中CAN设备同远端的控制主机连接起来，使得以太网上的主机能灵活的监视和控制各个CAN设备。为了能提高整个系统的可靠性和稳定性，这里使用了三台主机作为服务器，其中一台为工作服务器，另外两台为冗余服务器。

    正常情况下，只是当前工作的服务器负责对各个CAN设备进行监控，其它两台冗余服务器和CAN设备之间没有通讯。

    一旦当前工作的服务器出现故障不能正常工作时，两台冗余服务器中的一台就由冗余状态变成工作状态，接替出现故障的服务器对CAN设备进行监控。同样如果当前服务器又出现故障不能正常工作，剩下的冗余服务器就变成工作服务器，继续对各个CAN设备进行监控。

3   安全隐患
    这种应用方案在一般的情况下的确可以很大提高系统的可靠性和稳定性，但是在一些异常情况下，这样的冗余不起作用了，在产品的应用中，我们发现了以下的问题。

    因为某些通讯转换设备（如CANET-100）同时只能同一台监控主机通讯，当冗余服务器变成工作服务器时，为了不影响监控，工作服务器必须改写通讯转换设备的目标IP，而所有的目标IP等工作参数都是存放在片外的E2PROM里。

    一般E2PROM芯片大概只能进行一百万次的写入。一百万次看起来好像足够大，但是在服务器的工作出现异常时（例如：判断工作服务器是否正常工作时出现混乱），可能就会出现反复读写E2PROM的情况，一百万次的读写对于服务器来说太轻松了，随之E2PROM芯片就会出现损坏，导致整个系统不能正常工作，虽然在网络上做了冗余，但是问题出在转换设备上，再多的冗余主机也无济于事。

4   解决方案
    为了解决这个问题，我们可以用支持多目标的模块替代原有产品，将原先单独向一台主机返回数据改成同时向多台主机通讯，因为资源的有限，使用UDP模式替代TCP模式也是可以接受的。

    在实际应用中，我们使用CANET-100T代替CANET-100进行组网，（CANET-100T/200T的每个CAN口在UDP的方式下，多可同时同3×254台目标主机通讯，TCP方式下多可同时同2台目标主机通讯）。网络连接方式和布线都不用改变，对于CAN设备也不需要有任何的改动，仅仅需要稍稍改动服务器的监控程序，连接方式如图 2所示。

图 2  CAN-100T同时同多个目标主机通讯

    这样，在组建冗余网络上，不但解决了偶然条件下的E2PROM读写次数问题，更加保证了冗余的实时性。

5   总结
    由上面的介绍可知，在组建冗余网络时，不光要从网络拓扑方面考虑主从监控站的冗余配置，更应当考虑到设备故障引起的种种问题，本文所提出的问题已经在工程应用中出现，并且较为隐蔽，值得大家引起重视，如果已使用冗余主机的网络，应当考虑切换次数有限的情况下，系统的稳定性，避免系统隐患，而新设计的网络，则应当将此因素考虑在内