物流中心设备SCADA系统研究

李学勇+徐智

摘 要： 为了解决物流中心设备管理与维护无法实时监测的难题，提出建立设备状态监控的SCADA系统，在此基础上对仓储、分拣设备状态监控进行3D建模，并采用有效的检测手段和分析诊断技术，及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济运行。该系统对于行业内外实施状态监控具有较强的参考价值。

关键词： 设备管理； SCADA； 状态监控； 3D建模

中图分类号： TN911?34 文献标识码： A 文章编号： 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

物流业具有理念新、高成长性特点，目前卷烟商业企业物流中心也逐步由手工分拣、人工台账向自动化、信息化作业模式转变。相应的物流设备也趋向于精密化、集成化，因此，为了及时、准确地掌握设备运行状态，保证设备的安全、可靠和经济运行，有必要对系统的重要设备的运行状态进行的监测。其目的在于及时发现设备的各种劣化过程的发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危及安全的事故。

1 系统概述

本文研究的SCADA系统是完成对湖南省烟草公司衡阳市公司卷烟物流配送中心仓储与分拣系统状态监视、操作控制的日常工具，是一个完整独立的系统， 其具有下列功能：

（1） 3D?MAX建立设备模型，模型直接导入开发平台，360°展现所有设备状态；

（2） 全景动态巡航效果，可按预定轨迹自动导航至所选区域；

（3） 模型颜色变化直接体现设备当前状态；

（4） 故障报警记录及事件日志；

（5） 用户管理。

为了实现上述功能，SCADA系统将通过工业以太网连接各分拣子系统、分拣主机、巷道式堆垛机、直行穿梭车等控制单元（PLC）。SCADA 系统从每个PLC 获取实时信息，并且在相应界面上显示设备当前状态。

SCADA系统的图形化仿真界面分为三层显示：系统总体显示（即：全视图）、系统局部放大显示（即：各子系统分视图）以及设备的详细参数或工作数据显示。

设备监控系统作用（在线诊断系统）：

（1） 与设备层PLC无缝连接，通过监控画面观察和控制过程，实现生产可视化；

（2） 实时采集过程、报警、事件数据并自动归档，利于进行系统故障、停机分析，更好地利用设备、确保更高的现场管理效率和管理有效性，并可得出系统及单台设备的特定参数（例如MTBF平均故障时间，MTFF平均维护时间等）；

（3） 控制过程图形化并实时动态地显示出各设备检测元件状态、系统状态等，实现全系统集中远程控制，并能够精准定位故障点，使现场维护人员大大加快故障响应、处理速度。

2 系统研究

2.1 布局方案

项目采用图1所示屏幕布局方案。

图1 项目布局方案

在图1所示方案中，包括以下内容：

（1） 标题区域：显示系统时间，同时显示当前系统登录用户名（如果无人登录，则显示无用户登录）；

（2） 屏幕控制和导航条区域：提供各功能屏幕之间切换的按钮；取得相应授权的用户登录系统后，如果点击这些按钮，将执行已设定的切换屏幕动作；

（3） 显示区域：显示已登录系统，具备相应授权的用户可在右侧导航条中选中要显示的界面，如：全视图、子系统分视图、网络状态视图、报警屏幕、事件屏幕等；

（4） 事件显示条：滚动窗口按照时间顺序显示系统的事件日志；

（5） 报警显示条：滚动窗口按照时间顺序显示系统的故障。

2.2 图形界面

整个SCADA系统UI设计采用目前流行的扁平化设计思路（UI设计指对软件的人机交互、操作逻辑、界面美观的整体设计），整个系统界面美观、简洁、富有现代感，并且使得操作更高效，如图2，图3所示。

这样的界面设计对系统产生的效果有：更加简单直接地将信息和事物的工作方式展示出来，减少认知障碍的产生；更简约，条理清晰，内容展现直观；更生动地展示出动态的效果。

2.3 设备布局

整个监控系统设备图形采用3D视图，并对每单台设备进行3D建模，真实、动态地远程再现设备实时状态。即很好地实现了集中监控，简化了操作并且避免了操作员不断切换屏幕，更易于整个设备现场管理和现场维护，大大节约管理、维护时间，并且大大提高复杂设备的透明可视化程度。

图2 登陆UI

图3 操作菜单UI

对堆垛机系统、立库输送系统，多层穿梭车系统、件烟补货系统以及高速复合分拣线系统做出独立的监控界面，更真实详细的展示出各系统地运行情况。整体设备布局见图4。

图4 整体设备布局

2.4 故障报警记录及事件日志

我方将提供以表格方式显示的故障报警记录及事件日志，以便事故原因追溯。并具有故障管理和实时打印功能。我方将提供历史、实时报警查询功能。用户对控制系统的所有控制操作及现场人员对急停的操作，我方将作为事件进行记录。典型报警显示样式见图5。

2.5 网络状态监控

卷烟物流配送中心仓储与分拣系统设备类型多、数量大，而且相互连接组成DP网络，出现网络故障时不易于诊断，我方将在监控系统中实现设备网络层及设备层与上位计算机故障监视，实时监测整个网络状态，为设备的正常运转提供有力保障，如图6所示。

图5 典型报警显示样式

图6 网络状态监控示例

2.6 用户管理

SCADA系统是多个操作者共同操作的系统，建立健全的用户管理制度是系统安全保护的首要任务。SCADA系统必须严格限制用户的操作权限，依据用户的操作权限允许或禁止其对系统内控制对象进行操作，以防止误操作。

我方将提供SCADA系统完善操作人员权限管理功能。

（1） 用户访问权限设置。我方通过设置用户级别及其访问权限，保证SCADA系统的安全性。SCADA系统对用户按其身份分为不同级别，配置相应的访问权限。同时系统内控制对象也分别设置访问权限。用户成功登录系统后，操作控制对象时，系统检查用户访问权限，如果用户访问权限小于控制对象的访问权限，则该用户不能对该控制对象进行操作，这样的做法有效防止用户对系统的误操作。

（2） 用户登录、注销。用户必须以本人的身份登录获得相应的操作权限。用户登录时，输入用户名（用户标识符）和口令，只有两者正确，才允许其登录。用户完成操作离开时，必须退出登录状态，以免非法用户侵入系统，对系统进行非法操作。

（3） 修改密码。SCADA系统设置用户修改密码的功能，允许任何登录成功的用户随时启用该功能，修改该用户自己的密码。

3 系统开发步骤

（1） 用户界面UI设计：针对项目实际情况及目前UI设计潮流并考虑最终用户的易操作性、操作逻辑设计出高质量的人机交互界面（例如背景、菜单、图标等）。

（2） 设备布局及创建所有设备的3维模型：根据现场实际设备布置情况，在SCADA系统中规划整个卷烟物流配送中心设备布局，既要体现出整个中心监控系统的“全自动化系统集中监控”概念又要实现“易操作、画面间快速切换”。同时创建所有设备的3维模型。我方提供的SCADA系统的图形化仿真界面分为三层显示：系统总体显示（即：全视图）、系统局部放大显示（即：各子系统分视图）以及设备的详细参数或工作数据显示。

（3） 编写通信接口协议：根据各类型设备特性及设备PLC程序，编写各台设备详细数据采集点地址表，并提供详细通信接口协议给最终用户，为卷烟物流配送中心建立最终信息系统提供数据基础。

（4） 系统组态：根据控制对象和接口协议进行系统组态。该过程包含内部/外部变量规划及建立、图形画面组态、动态效果组态、脚本程序编写、报警组态、网络组态。

（5） 现场调试：项目组态完毕后，进入现场连接各自动化系统PLC进行项目联调并检验每一个采集点的正确性、每条报警的准确性。

4 结 论

本文以通用的卷烟商业企业物流中心设备为背景，介绍基于仓储、分拣设备的SCADA系统，并深入分析系统具备的功能及开发。该系统具有一定的普遍性和实用性，可较为明显提高设备管理和维护效率、降低劳动强度。系统设计简单易用，能满足现场设备管理及维护要求。

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