图1  逻辑构架

随着现代化科学技术的不断发展，近年来，基于计算机和PLC软硬件技术的自动化技术发展到了一个新的水平，显现出了强劲的生命力和应用前景，可以肯定，基于网络技术的自动控制技术将是今后一段时期的应用主流。

SPM&C全称为Scalable Production Monitoring and Control，即简易生产监控系统，与传统的车间监控系统相比，本文所要介绍的是简易的SPM&C系统，该系统剔除了目前大多数车间监控系统豪华的配置，如华丽的监控界面、强大的后台服务器、数据库和数据分析工具等功能，保留了主要的车间监控系统功能，为企业寻求快速、低成本且高效率的车间监控系统解决方案提供了可以实施的依据，从而可以进一步提高企业的生产管理水平，降低企业生产成本，增强企业的竞争力。

系统比较

涂装车间生产设备的电控系统总体上采用“集中监视、分散控制”的典型模式，即现场设置HMI触摸屏或者小型按钮站进行设备控制，中央设置监控中心对现场设备进行集中监控，依据这一原则，将整个电控系统分为三个层次，即中央监控系统、设备级PLC控制系统和现场级的现场总线系统。每个层次中使用不同的网络结构及软硬件配置，以实现各自的不同功能。

传统的中央监控系统采取客户机/服务器（Client/Server）的结构方式，使用计算机服务器专门负责与各现场PLC的数据通信，直接接收从现场PLC发来的有效信息并建立监控系统数据库，同时可以进行系统的开发和系统数据库的更改；设操作员站并作为Client节点，从服务器中读取数据库内的信息，建立显示界面并对设备的运行状况进行实时监视；另设监控数据管理站，主要功能为读取服务器数据库内的相关数据，加以处理后进行统计并保存。传统的中央监控系统需要强大的计算机软件和硬件支持：

硬件方面，围绕可靠的数据处理和存储功能，需要配置较为高端的计算机服务器和IT交换机，若是考虑到系统长期运行的可靠性，还要设置服务器冗余或硬盘镜像备份，为避免短时间停电，还得设置UPS系统，为放置上述硬件，还得建造专门的机房，配置空调恒温恒湿，更甚者相关的消防系统和防火墙硬件也需要涉及到。

软件方面，围绕数据的图形界面和数据的逻辑分析，除了计算机上的操作系统选择服务器版外，还需要在上位机上安装功能较完善的上位机组态软件和数据库软件。软件编程更是一项繁杂的工作需要耗费大量时间。

整套传统涂装车间监控系统的总体成本不下百万。针对传统的中央监控系统的维护维修，在涂装车间内部不是一般的生产设备维修维护人员所能胜任的，需要具有相关专业背景的IT人员才能做这些硬件和软件的维护，整个中央监控系统承担了大量现场数据的计算、分析和存储功能，服务器系统的功能过于臃肿，一旦遇到破坏，极易造成整个涂装系统的瘫痪。

本文介绍的SPM&C系统在传统的涂装车间监控系统上做了大量的简化工作，使得整个监控系统更加灵活、更具有可扩展性并更为经济可靠。

图2  逻辑运行原理

系统运行环境

SPM&C系统后台服务程序PFEApp运行在Microsoft Windows CE系统平台上。OPC是作为SPM&C系统与现场PLC的通用接口，SPM&C硬件平台可以作为一个即插即用的模块与PLC处理器同处于一个机架上，也可以作为一个单独的设备通过网络与其他设备通讯。客户端PC不需要是专门设置安装专业组态软件浏览器的PC电脑，只需要是安装了能够访问Internet浏览器的普通电脑就可以了。在车间内部，只要有内部网的接口，工作人员就可以访问到SPM&C系统的实时信息，方便生产维修管理人员随时随地管理监控整条生产线的实时状态。SPM&C系统逻辑构架如图1所示。

系统配置

1．硬件配置

OLDI SAM Module: Processor:AMD Geode GX 500 @ 1.0W / Memory: 481052 kB RAM；

人机界面Siemens HMI MPXXX:Processor:Intel ARM920T-PXA2 / Memory: 94000 kB RAM；

PLC:Rockwell CompactLogix or ControlLogix series, Hardware version 16。

2．系统软件配置

PFEAdmin：SAM模块后台管理软件，安装于工作站PC上；

PFEApp：由PFEAdmin配置后的生成文件，安装于SAM模块。

SPM&C系统的控制构架

本系统现场共有20个PLC站，它们之间通过PLC网络实现数据信息的传送和交换。根据车间工艺流程和生产控制要求以及现场位置情况，将网络中的SAM模块放置在其中一个PLC的机架上，也可以让SAM模块独立出来，通过以太网与现场的PLC相连。

系统逻辑运行

系统逻辑运行原理如图2所示，逻辑步骤如下：

1．现场的设备故障在PLC逻辑中触发相应的报警数据，PLC通过逻辑，将报警信息保存一份在PLC逻辑报警消息队列中，并同时向现场指定的HMI发送相应的报警号消息。

2．HMI根据报警号，在保存在HMI程序的报警文本数据库中查询相应的报警信息，并将报警英文或中文信息在HMI报警画面中显示出来。

3．HMI在显示报警信息的同时，需要将报警中文或英文内容回传给PLC。考虑到汉字是不能够被PLC直接处理的，HMI在查找到相应的报警内容后，通过自身程序脚本，把报警内容的汉字转换成Unicode 格式的数据，并将这些数据和报警号一起传回到PLC相应的变量TAG中。这也就实现了报警内容的分散式存储，无需在服务器端SAM模块中PFEApp编程再重复输入大量的报警内容。

图3  SPM&C系统监控界面功能模块

4．PLC根据HMI传回的报警号，在逻辑消息队列里面查找匹配确认后，将报警内容Unicode数据和报警号与其他一些数据属性一起打包成一个按照系统要求的标准数据包，使用PLC的MSG指令发送到SAM系统中的PFEApp后台服务，进行数据处理；注意，PLC发给PFEApp的数据是按照一定的标准格式绑定成标准数据包后发送的，因此，在PFEapp端，无需逐个输入大量PLC逻辑中对应的变量和地址，PFEApp只需要根据预先定义好的数据包格式标准，提取数据包中的数据属性，如：PLC ID、时间、事件ID、事件文本Unicode编码和其他数值等属性，然后根据这些属性，组织和处理数据。其中生产用数据包括报警、产量、区域车辆计数、班次安排和涂装工艺参数，逻辑用参数包括逻辑重启、时间同步、数据确认和历史纪录等。

5．PFEApp在接收到来自不同PLC的数据包后，将数据解析分类，并将近两周的数据保存在SAM模块的内存中，若是需要保存更多是数据，可以通过安装有PFEAdmin的PC，连接PFEApp，将历史数据库手动备份下来。PFEApp在保存数据的同时，也提供了类似于Windows系统下IIS服务器的功能，此信息服务器采用了.NET技术，利用C#高级语言来完成，服务器将动态地提供Web服务，现场的电脑只要安装有IE浏览器就能够访问到数据网站，浏览到现场各个PLC的相关报警信息和其他信息，及时相应现场的发生的故障问题。

系统监控界面功能模块

系统监控界面功能模块如图3所示。

监控画面主页：提供连接到各个功能模块的跳转链接；

实时报警监控页面：实时获取来自于涂装车间内任何PLC当前的报警信息，内容包括报警时间、PLC、持续时间和报警描述等等内容；

班次实时产量页面：实时显示各个工段区域的当前产量信息，并与目标产量进行比较，实时显示当前的生产线各个区域的生产状态；

产量报表页面：根据时间和班次选择，生产各区域的产量报表；

存储区车数页面：实时显示各个存储区当前的车体存量；

报警报表页面：根据选择报警的时间、PLC、班次和报警等级显示存储在SAM模块数据库中的历史报警或实时报警信息，也可以统计各个报警的总次数和持续时间；

涂装工艺参数页面：实时显示与涂装各个工艺区域相关的参数，如温湿度、液位、电导率和PH值等工艺过程参数。

后台管理软件PFEAdmin

PLC管理：主要是进行PLC的添加和删除，所有已添加的PLC和SAM的PFEApp同步时间点的设置，实时监控各个PLC与PFEApp的连接状态；

数据库手动备份：在线备份SAM中的数据库，将其上传至上位机PC；

PFEApp的配置生成：配置PFEApp相应的初始化信息，如IP地址、网关等信息；

PFEAdmin远程SQL：可用关系语言SQL实时的对SAM模块中的数据库进行编辑操作；

后台班次管理：实时修改保存在PFEApp中的班次安排映射表，编辑班次和休息数量、起始和结束时间，进行添加或删除加班时间等相关操作。

结语

整套系统的设计思路主要是程序的标准化编程，标准化模块化的数据接口大大增强了系统的柔性，由于本系统的在数据发送和接收上，主要是通过PLC逻辑来实现，数据包的标准化编程使得逻辑更加具有柔性，这也就是说，标准化的编程使得工作人员不必在意上位系统是用那种上位机软件来编程，只要按照标准的逻辑编程，上位系统可以是任何组态软件或者高级语言来编程实现数据包的解析，即实现了数据接口的模块化，整个系统的柔性大大超过了传统的上位监控系统。

该SPM&C中央监控系统不仅拥有丰富的监控功能，而且实现了服务器、HMI以及现场PLC之间的网络通信和数据交换，将系统中所需要的报警和相关工艺参数描述的字符串分散保存到HMI中，充分利用了现场各个PLC自身的数据处理能力，大大减少了服务器端的数据存储量和信息处理负荷。尤其是采用了OLDI SAM模块代替传统服务器的方式，使得系统的服务器端直接提升到工业用的设备级别，更能够经受得起现场恶劣环境的考验，从而彻底改变了过去那种将计算机IT服务器机房搬到车间的传统做法。客户端更是不需要安装任何的软件，只要有Web浏览器，就能够查看到车间运行的所有设备状态和生产状态，使得在没有降低整个涂装车间的自动化控制水平和满足涂装车间生产要求条件下，大大降低了系统的成本。像这样的一套系统，其成本还不到传统监控系统的10%，同时系统的高柔性化，使得系统Scalable特点更为突出，系统可以在将来需要扩展功能或升级的时候更换成PC服务器。