1 概述

1.1 项目背景

固铂成山（山东）轮胎有限公司硫化工序目前拥有PCR1000万套硫化机车间和PCR老硫化车间。PCR1000万套硫化机车间现有一条已建成的生产线，另外正扩建一条生产线，预计再扩建三条生产线。PCR老硫化车间有四条旧的生产线。 PCR1000万套硫化机车间已建和在建的轮胎硫化生产线各拥有30套硫化机，每套硫化机的控制系统均是GE公司的PACSystems RX3i系统，并配有QP View 平板电脑作为人机操作界面。QP View 平板电脑与PACSystems RX3i控制器通过以太网通讯，30套硫化机控制系统和一台群控计算机已通过以太网组成控制局域网。目前这条生产线的群控系统存在诸多不足，系统结构老化而且控制系统单一，无法在线修改程序，如果出现故障则直接导致生产线停产，为了保证质量和产量，提高生产线运行的稳定性，为后续的MES（生产制造执行系统）的上线打下基础，特建设半钢2M扩产生产线数据采集GE控制系统项目。1.2 项目需求 本项目实施后将解决目前PCR1000万套硫化机车间已建2M线正在运行的群控系统的不足，以满足如下技术要求：1)能满足现有设备部等对硫化机进行群控的要求；2)能满足材料应用部等对硫化采集数据的要求；3)能满足IT部及时了解系统运行状态；4)系统稳定可靠，能在线校验数据采集的正确与否，有良好的容错机制；5)群控程序可在线修改，不给生产带来影响；6)群控程序易于拓展，兼顾生产规模的扩大能有极佳的扩展性。

项目的远期目标是将硫化车间其他生产线纳入到本群控系统平台中，使车间的管理达到规范和精细的层次。这也是日后固铂成山（山东）轮胎有限公司对生产管理MES系统规划建设的基础条件。

2 架构设计 本系统实施的目的是将原系统的PME软件的功能进行分解，控制功能和数据采集功能分开实现，以提高生产线运行的稳定性和可靠性，将停产的风险降到最低，因此本系统配置群控系统主控制器一套，产品采用美国GE公司的PACSystems RX3i系列PLC，实现由主控制器对2M生产线硫化机进行群控的功能；每条生产线配置一台DELL电脑作为群控上位机，开发软件采用美国GE公司的GE Proficy iFIX，实现对2M生产线硫化机关键参数的采集、存储以及再现功能。

根据现场情况及用户需求，本方案设计将在建2M生产线的上位机和主控制器PACSystems RX3i PLC放置在同一机柜内（以下称群控系统机柜）。群控系统机柜放置在PCR车间内，缩短生产线与控制系统之间的距离，保证群控系统通讯的速率，提高生产线运行的稳定性和可靠性以及故障恢复效率。

配置实时历史数据库服务器一台，开发软件采用美国GE公司的Proficy Historian 2500点，并在2M生产线的群控上位机内安装数据采集器iFIX-Collecter，构成实时历史数据采集平台，对在建2M生产线和已建2M生产线的60套硫化机的关键参数进行采集、压缩和归档处理，为以后建设集团MES系统提供数据支撑，并预留有扩展接口，方便以后将扩建生产线的硫化机的关键数据纳入系统，形成集团级的实时历史数据采集仓库。 配置WEB发布服务器一台，开发软件采用美国GE公司的Proficy Portal,实现对生产线上位机画面信息的完整发布，各部门领导和相关负责人，可以通过IE浏览器远程浏览现场实时数据及报表曲线等。完全消除信息孤岛，为实现企业信息化管理做贡献。 实时历史数据库服务器与WEB发布服务器均放置在中央机房内，保持干净整洁的环境，便于维护和管理。 根据初步的现场调研情况，结合用户对系统设计与实施提出的初步需求，以《半钢2M扩产生产数据采集GE控制系统招标方案书》为依据，我公司设计本系统的网络架构如下图所示：

3 数据流设计 数据流的设计是群控系统的重要部分，是将群控系统功能细化，减少故障率的重要手段，本方案对系统的数据流向做三方面的细化，即：群控指令数据流、参数采集数据流和WEB发布数据流。系统数据流向示意图如下所示：

3.1 群控指令数据流 本方案配置一套PAC RX3i 做为在建2M生产线的30台硫化机和已建2M生产线的30台硫化机的群控主控制器，执行对总计60台硫化机的群控操作，不能执行各台硫化机关键参数采集的工作。群控的逻辑流程如下图所示： 群控上位机设计独立的群控画面，可以在群控画面上设定群控的时间间隔和发送群控功能的启动/停止指令，群控主控制器接收到群控上位机发送的群控功能启动指令后，按上位机设定的群控时间间隔进行计时，计时时间到，发送对相应硫化机的群控指令，如果接受到上位机发送的群控功能停止指令后，则停止计时，并发出对相应硫化机的群控停止指令。此外，群控主控制器PLC实时扫描与各硫化机之间的通讯状态，如果出现通讯故障，则发布报警，并将出现通讯故障的硫化机解除群控。

3.2 参数采集数据流 在建2M生产线和已建2M生产线各有30台硫化机，硫化机的控制系统均采用美国GE公司的PAC RX3i系列PLC做控制器，各硫化机系统的关键数据需要进行采集存储处理，最终形成相关的数据报表提交相应的部门，本方案设计的实时数据采集流向如图3-1中绿色线段所示：在建2M生产线和已建2M生产线的上位机分别与两条生产线所有的硫化机的控制系统PLC进行通讯，并采集硫化机的关键数据，进行存储，两台上位机均安装iFIX-Collecter数据采集器，两台上位机的iFIX-Collecter数据采集器会根据实时历史数据库服务器中的参数配置，自动向实时历史数据库发送才配置的数据，如果出现上位机与数据库服务器网络中断的情况，iFIX-Collecter数据采集器会自动在本机将要发送给数据库的数据按时间戳进行缓存，待网络恢复后，再将缓存的数据发送给数据库服务器进行存储。这一特性保证了数据采集的连续性和实时性，不会出现数据丢失的情况。

3.3 WEB发布数据流 WEB发布服务器使用美国GE公司的Proficy Portal软件开发，可以将群控系统的流程画面、报表查询、趋势曲线等通过微软的IIS进行发布，各部门负责人及相关操作人员通过管理层的IE客户端即可远程浏览WEB服务器所发布的信息，但需要权限。

4 系统扩展性设计 固铂成山（山东）轮胎有限公司半钢2M扩产生产数据采集GE控制系统的建设，旨在改变现有控制系统的单一化、高风险的被动局面，也为后前厂级MES系统的建设打基础，因此，本系统不仅仅要具备高可靠性和高稳定性，同时也要具备良好的扩展性能，能够将新增加的生产线的硫化机群控和数据采集功能纳入本系统来，建立真正的厂级实时历史数据仓库，为以后的上层企业管理系统MES、EMS、ERP等提供强有力的数据支撑。系统的高度可扩展性表现在软件的各个层面上： 功能的扩展：所有功能均采取子程序模块化结构，在以后的扩张中只需要调用现有的模块进行简单的配置即可使用。 数据库的容量和功能的扩展：企业生产实时数据库的容量也是可以根据用户的需要扩容，过程点的扩容只需要升级许可证文件即可。 网络应用客户的扩展：允许在网络上配制无限多个基于Web的操作和管理客户，任意客户机可以连接任何一台网络上应用服务器或实时数据服务器。 报表客户的扩展：报表客户可以根据用户需要选择EXCEL或WEB格式，只需要相应的许可即可将额外的报表客户挂到网络上。

5 冗余结构设计 为进一步提高已建2M生产线和在建2M生产线以及将要扩产建设的生产线运行的可靠性和稳定性，保障生产线的连续无故障运行，依据用户提出的需求及本方案目前的系统结构设计，我公司为用户提供安全性稳定性更高的容错系统结构，供用户参考，针对本次项目的软硬件配置及网络结构的建设，我公司将本系统的容错架构划分为三个层次：实时历史数据库的冗余 Proficy Historian实时历史数据库有完全分布式容错架构可确保工厂数据能够被持续准确记录。采用先进存储技术，自动连接、在线备份、采集器缓存配置技术以确保历史数据库中的生产数据是连续的、非中断的。当传输过程中，网络链接断开时，采集器能够在本机保存实时数据，在网络恢复后，能够自动恢复连接，并将保存的本地的实时数据重新发送给服务器，保证实时数据不丢失。

实时数据库服务器支持双机热备的方案，保证系统的稳定运行，需要购买两套Proficy Historian软件。硬件可以采用容错服务器形式或集群服务器。iFIX的冗余 iFIX提供了强大而灵活的多重冗余功能，保证系统的不间断监控，包括备份SCADA服务器、LAN冗余以及利用网络状态服务器和iFIX诊断显示程序监视、控制网络运行状态。iFIX的冗余则需要采购两套iFIX和监控机。PLC的冗余GE PAC 3i系统可以提供CPU冗余的系统，保证系统在一个CPU出现故障时，可以无扰动地切换到冗余的CPU内运行。PLC的冗余需要采购两套PAC 3i 系统。