基于FactoryTalk View Site Edition的中央控制室系统设计与应用

（北京奔驰汽车有限公司，北京 100176）

0 引言

中央控制室CCR（Central control room），集操作、管理和信息资源共享于一体的全面计算机网络化的控制系统[1]，是工厂对厂内所有设备、工作区域进行整体监控的场所，即通过多种控制总线等方式汇集所有的现场信号于中控室，不仅可对厂内设备的运行状态进行监控，还能完成相关控制操作。由于厂内所有设备的报警信号在此汇总，若发生设备运转异常，中控室可以及时获知并通知现场进行快速响应，将生产损失降至最低。

北京奔驰汽车有限公司MRAI涂装车间成立2005年，车间电气控制系统使用罗克韦尔PLC，型号1756-L61或1756-L73（如图1所示），涵盖输送、工艺及机器人系统共计31套，遍布车间三层区域。现场总线采用Controlnet搭配Devicenet形式。设计初期受成本所限，未建立CCR中央控制系统，设备管理人员需要24h巡视现场并对发现的问题进行处理。因为人工巡视无法实时覆盖全车间，会出现故障处理不及时的问题，每日10min以下小停机累计50min以上（如图2所示），对生产造成一定损失。另外，无法实时采集车间的生产数据，只能通过人工记录及每小时生产例会的方式传达，人工记录失误或传达不及时均会对生产在制控制造成负面影响，直接导致物料、能源等资源浪费。随着公司产能逐年提升，成本控制日趋严格，此问题带来的影响越发明显，需尽快解决。

通过对整车厂同行业现状调查，CCR系统开发多以Intouch、IFIX、Wincc及国产组态王等软件为主，其优点是通用性较好，满足多种PLC及通讯协议，缺点是对罗克韦尔产品支持不够全面，配置不够灵活；硬件搭建、画面设计及调试均以项目形式委托第三方人员完成，投资成本较大。本文通过研究罗克韦尔FactoryTalk View SE软件，利用其与自家产品全面支持的优势及已有的各种软硬件资源，以最少投资成本搭建现场数据实时采集系统，二次开发出适合现场使用的CCR及ANDON系统。经实践验证，此系统投入使用后可提高人员故障响应速度，减少故障停机时间，有效提高生产运行效率，减少企业损失。

图1 车间PLC系统

图2 每日停机时长趋势

1 自主搭建系统可行性分析

MRAI涂装车间生产线设备均使用罗克韦尔1756-LXX系列PLC进行控制，支持以太网通讯。现场所有设备主控制柜及OP柜均安装有Panel View显示屏，用于显示各个区域设备的运行状态及报警信息，其源文件为FactoryTalk View ME编写的project，其通过转换后文件与FactoryTalk View SE系统兼容。网络部分，因为车间内部有IT办公通讯系统，遍布各个角落，可以在此网络基础上拓展延伸，将31个PLC接入系统中相互通讯。经过以上分析，开发CCR系统可行性很高。

2 搭建CCR系统的硬件设计分析

现场硬件包含L系列 PLC 31套，若要采集全部PLC数据信息，需要将31套PLC连接到一个局域网中，可以借助车间内已有的IT网络进行拓展。因为PLC本身不带以太网接口，因此需要在机架上安装一块以太网通讯模块1756-ENT，此模块负责PLC与服务器之间通讯，其IP地址需要固定，需要在PLC组态中设定。因为现场设备较为分散，相隔距离较远，需要就近设置若干通讯机柜，且距离不能超过100m，最终接入核心层交换机，数据存储服务器也连接到该网络中。该网络拓展通过防火墙可接入Internet，便于外网远程访问。另外针对重点区域重点设备在网络中可以安装视频监控或智能图像识别系统，便于发生问题时分析根本原因。其网络拓扑如图3所示。

图3 网络拓扑图

3 搭建CCR系统通讯及软件设计

3.1 软件介绍

FactoryTalk View Site Edition是FactoryTalk View Enterprise Series家族产品的一部分，提供了通用的HMI解决方案，可适用于机器级和监管级应用。作为一个集成软件包，该软件可用于开发和运行涉及可能分布在整个网络内的多个用户和服务器的人机界面（HMI）应用程序。而且提供了创建强大、可靠过程监视和控制应用程序需要的所有工具[3]。使用该软件的编辑器可以创建和测试所需的应用程序组件，通过设置该软件客户端FactoryTalk View Se Client，让操作员在部署完应用程序后与之交互。如图4所示，该软件服务平台FactoryTalk Services Platform为控制系统中所用的所有FactoryTalk产品和应用程序提供一系列常规服务，例如诊断信息、健康监控服务和实时数据访问，通过此类服务，能够更方便快捷的对现场设备进行监视、分析、诊断，从而更加高效地提高生产和维修的效率。

图4 软件界面

3.2 通讯设计

FactoryTalk View SE上位机软件通过数据服务器访问设备，从而可以在FactoryTalk View应用程序浏览、读取和写入相应的值。FactoryTalk SE支持以下数据类型的数据服务器：1）RockWell Automation设备服务器Rslinx Enterprise是适用所有Rockwell Automation设备和网络的推荐数据服务器。2）OPC数据服务器是所有支持OPC-Data Access标准V2.05a的数据服务器统称。在本文中，因为连接硬件设备均是AB产品，考虑到系统兼容性与运行效率，故采用第一种方法，即使用RsLink Enterprise服务器来实现与现场所有的PLC直接交互信号。

3.2.1 网络组态

本系统针对目前现场使用的基于AB PLC自动化系统进行系统功能实现的网络构架，如图5所示。

图5 项目网络设计拓扑

该系统构架分为三层：现场设备层，该层实现对现场数据的采集和现场设备的控制和状态监控功能；数据采集层，通过PLC系统强大的储存功能，对采集的数据进行汇总，从而在HMI上进行显示；数据分析层，基于PLC强大的运算功能，可对采集的原始数据进行分析测试，从而获得目标数据。该网络分为两个不同的网络系统，远程中控网及本地设备网，两个网络系统完全独立运行。如下图6所示，在网络系统构架物理实现上，安装有FactroyTalk View SE系统的上位机通过远程中控网络与现场通讯模块相连，通讯模块通过背板与PLC相连，PLC通过本地设备网通讯系统以及数据采集模块对现场的数据进行采集以及对现场的设备进行控制和状态监控。

图6 网络架构

在软件实现上，FactoryTalk SE上位机软件通过RSlink数据服务器来提取、监视、处理PLC内部的目标数据，进而进行人机界面的数据编程来满足工艺需求。

3.2.2 通讯测试

在FactoryTalk View SE软件平台中，通过服务器与现场基于PLC自动控制系统IP的点对点的通讯，建立服务器与现场所有PLC的连接，如图7所示，连接完成后，通过软件的测试功能，测试软件平台是否与现场PLC建立起了连接。图示中，绿色表示已经建立起连接，灰色表示无连接。

图7 网络测试界面

3.3 画面设计

3.3.1 画面制作

在画面的制作过程中，PLC软件中的状态字节表示设备的不同状态，在上位机系统中可用不同的颜色来表示，例如风机的运行状态字节对应绿色，风机的停止状态字节对应灰色，风机的正在运行状态字节对应蓝色；利用软件的可见性与不可见性来表示某一工艺过程的流程；通过曲线的设置来显示某一工艺参数的变化状态；通过内部程序的简单逻辑运算来推算出当前和目标产量并在屏幕上显示。通过内部报警的设置，来清晰地表示出工艺系统设备的故障信息，以方便维修人员高效快捷地解决故障恢复生产。

3.3.2 编程及画面编写

根据喷漆车间所有的设备数量，对31个区域共几十种设备（风机、电机、风压开关、滚床、升降机、横移等）、几千个装置进行画面创建和优化，同时对某些流程或者某些步骤进行逻辑的编程。最终形成友好的人机界面，局部代码及图例如图8所示。

图8 局部源代码及设备状态显示

4 CCR及ANDON系统效果展示

4.1 输送系统

对于输送系统界面：如图9所示为涂装车间输送layout界面图，绿色表示当前设备全部自动运行无故障，红色表示有故障发生，黄色表示有部分设备未处于自动状态，不同的PLC控制不同的区域设备。图10所示为输送某局部区域（包含滚床、横移机、升降机灯）的状态界面，其中各设备左上角的A和M代表设备手自动状态，设备上绿色长条代表有车占位，设备图标本身的颜色代表设备电机动作状态，绿色表示正在运行，浅色表示无动作输出，如图11所示。

图9 输送系统layout界面图

图10 输送系统局部图

4.2 工艺系统

工艺系统界面详细地表示实现某一工艺所具备的设备，以及设备状态。如图11所示，在工艺系统的主界面中，首先通过每个工艺区域的颜色（绿色表示正常，红色表示故障）判断各区域的设备是否故障，当系统界面中某区域的按钮显示为红色而其他正常区域为绿色，并且在欢迎界面底部出现该故障的报警信息时，相关人员点击该区域按钮，得到该区域设备运行图，进而对故障进行排除解决。

图11 工艺系统界面图

4.3 ANDON系统

4.3.1 功能及画面介绍

Andon系统是一个可视化的管理工具，可令工作人员一眼看出工作运转状况，并在有任何异常状况发生时发出信号。该系统能够收集生产线上有关设备、生产以及管理的多方面信息。在对这些信息进行处理后，ANDON系统控制分布在整个车间的指示灯和声音报警系统，每个工位都有控制开关，当出现问题时，可及时反映到主机，通知其他部门解决，并可由计算机记录、分析问题频率[2]。

本次开发的ANDON系统，其主要功能有两个，一是反应当前生产数量与实际计划的差异，便于全车间的生产控制调度，避免在制不足或堵线等问题；二是车间重要设备信息及工艺参数显示，发生问题时能第一时间通知相应负责人进行快速处理。

本次ANDON系统完全自主开发，其界面、功能、操作性等，完全符合现场要求。其系统效果图如图12所示。在图中，Prod.Mode表示当天的生产计划时间，如8+8模式等，Prod.Target表示根据生产计划时间得出的当天生产计划数。Parameter中可以设置每日的休息时间与吃饭时间，使得每分钟计划目标值与实际生产节拍保持一致，如图13所示。在每个长方形格中，黄色表示目前时间点计划车数，相邻的绿色表示当前时间点实际完成的车数，最右边的数字表示当前的差异值，绿色表示超过计划数，红色表示未完成计划数。在方格中，还显示了区域内BUFF内存储的车数以及当前班次需完成的车数，当天班需完成的车数，上个班次完成的车数等信息。

图12 Andon系统界面图

图13 Andon系统时间设定画面

4.3.2 画面制作及代码

根据车间独有的作息安排，结合合适的算法，实现上述功能，如图14所示。

图14 Andon系编程流程图

首先获取当天系统的时间，根据已经输入的当天生产时间和作息时间，获悉当前时间已完成的状态（如是否生产、是否休息、是否午饭等），从而根据已制定的详细作息时间来计算当前准备的已生产时间数。最后根据当天的每小时计划过车数来得到当前时间的计划生产数，从而与实际完成产量进行比对，管理人员即能获悉当前的生产情况，部分代码如图15所示。

图15 Andon界面制作和编程

4.4 重点设备监控

MRAI涂装车间PTED输送线采用X678式积放链+4根柔性摆杆挂钩方式，不同于常规的U型摆杆及C型钩方式，此种设备机械结构简单，占用空间小，维护方便，不用设置专用摆杆返回区。但因为其摆杆机构过于简易，装载滑撬过程中容易丢失吊点导致不平衡，从而进入30°倾斜槽体内发生脱钩掉车事故。通过追加图像识别装置，该系统能精确识别挂钩位置，出现偏差时输送链立刻停止并发出报警，将异常画面实时传输至CCR，并通知维修人员快速处理，减少停机时间，如图16所示。

图16 转挂图像识别画面

5 结语

基于AB FactorytalkView site edition自主开发的CCR系统，投入使用近一年后显示，该系统运行稳定，用户界面简洁友好，操作简单，设备发生故障时能够第一时间通知现场人员进行处理，缩短了现场处理故障的反应时间，MTTR由9.3分钟降低到5.6分钟。另外该系统可扩展性强，还可利用VBA等进行编程设计，开发各种报表功能，完善日常分析报告。相对于工程项目公司设计开发动辄上百万的CCR系统，该系统开发成本低，只需网线、交换机及通讯模块等部分的硬件费用，其他都是公司内部员工自主开发，不仅为企业节约了成本，还能在搭建系统过程中提高员工的技能，一举多得。此系统的成功应用可为同行业提供一定参考。