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锂电正极材料厂 SCADA项目案例
日期:2022-05-04 阅读量3900

概述

1.1 项目背景

某正极材料厂,两个生产车间设备的基础上建立统一的数据采集监控平台,实现数字化工厂管理、生产基础数据的收集与管理、生产过程的数字化、可视化、全程的生产过程监控与预警机制、全程的设备管理与预警机制。SCADA项目是整个生产管理平台的数据核心,在项目实施过程中,建立与现场设备的通讯,并为上层系统提供数据基础,上层系统系统对数据进行深度分析、挖掘,为智能工厂提供提供决策依据。

1.2 项目意义和目标

SCADA 系统完成与设备 PLCDCSHMI 等的集成,实现生产现场进行实时数据的采集与管理。并对生产设备进行监控,实时显示各参数指标,包括设备状态、报警及故障信息、工艺参数等信息。与MES系统通过数据库、webserver等接口进行数据交互。SCADAMES系统提供包括实时数据、历史数据、报警数据的数据内容,并以数据库的或其他形式进行提供数据内容。

1.3 项目效果

将各个设备的信息统一存储、显示和管理在同一平台上,并为其他信息系统提供数据访问接口。重点是要准确、全面地掌握关键设备实时运行状态、报警和故障并作出相应的反应。监控中心应能监控各现场各个设备能够监控的所有数据,且工艺流程等主要画面应与现场站点的画面一致。

监控中心应能在特定权限下对现场设备进行控制,并与上层MES系统无缝对接,接收和发送相关数据信息,配合MES及其他软件支持系统智能化的管理和指导生产。方便管理人员和现场操作人员实时掌握生产信息进度,报警。能够及时发现生产过程当中的异常,并发出报警和调整。提高生产设备效率,提高生产资料的有效利用率。降低生产成本。优化工艺流程。 

 

 

 

技术方案

2.1 系统总体框架设计

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 SCADA服务器部署拓补图


2.2 SCADA数据采集设计

2.2.1 稳定强大的数据采集平台

 

SCADA软件选用金沙乐娱场app下载KingSCADA3.7,数据采集方式支持多种形式:PLC数采、DCS数采、智能仪表数采等多种与设备数据采集形式,同时支持以人工录入数据的方式进行数据采集。

 数据采集、存储可通过简单配置与工业库无缝对接。

 

2.2.2 分布式部署(无限点采集拓展)

平台无数据点数量限制,支持多服务器分布式部署,以满足业务扩展的需要。

SCADA数据监控平台及数据采集平台支持无限点数据采集与监控。支持将整个应用程序分配给多个服务器,可以引用远程站点的变量到本地使用(显示、计算等),以提高项目的整体容量并改善系统的性能。

SCADA的网络结构基于客户端—服务器模式,运行在基于TCP/IP网络协议的网上,能够实现上、下位机以及更高层次的厂级连网。TCP/IP网络协议具有在由不同硬件体系结构和操作系统的计算机组成的网络上进行通信的能力。一台PC机通过TCP/IP网络协议可以和多个远程计算机(即远程节点)进行通讯。

SCADA将应用程序根据物理设备结构或功能的不同来分配服务器,也可以根据系统需要设立专门的实时数据服务器、历史数据服务器、报警数据服务器、登录服务器和校时服务器等。一个工作站站点可以充当多种服务器功能,如实时数据服务器可以被同时指定为报警数据服务器、历史数据服务器、登录服务器等。报警数据服务器可以同时作为历史数据服务器、登录服务器等。网络结构如下图所示:

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<图例>网络结构图

SCADA服务器可以按照需要设置为一个或多个,多个SCADA服务器可以按照现场布局需要灵活部署。

2.2.3 双机热备冗余结构

SCADA平台应具备冗余结构,能够满足生产对平台稳定性的需要。

SCADA 提供全面的冗余功能,能够有效地减少数据丢失的可能,增加了系统的可靠性,方便系统维护。SCADA提供四重意义上的冗余功能,即双机热备、双网络冗余、双设备冗余、双数采冗余。

双机热备是指主机和从机通过TCP/IP网络进行连接,正常情况下主机处于工作状态,从机处于监视状态,一旦从机发现主机异常,从机将会在很短的时间内代替主机,完全实现主机的功能。双机热备主要是实时数据、报警信息和变量历史记录的热备。主从机都正常工作时,主机从实时数据服务器获取数据,并产生报警和事件信息。从机通过网络从主机获取实时数据和报警信息,而不会从实时数据服务器读取或自己产生报警信息。主从机都各自记录变量历史数据。同时,从机通过网络监听主机,从机与主机之间的监听采取请求与应答的方式,从机以一定的时间间隔(冗余机心跳检测时间)向主机发出请求,主机应答表示工作正常,主机如果没有应答,从机将切断与主机的网络数据传输,转入活动状态,改由实时数据服务器获取数据,并产生报警和事件信息。此后,从机还会定时监听主机状态,一旦主机恢复,就将数据备份给主机。只有从机坏掉之后,主机才会从实时数据服务器获取数据。通过这种方式实现了热备。其结构示意如下图所示:

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<图例>双机热备示意图

双网络冗余是指两台机器间使用两条网线来实现网络通讯,当一条网线连接中断后,系统会自动切换到备用网络。这要求网络中的任意站点均安装两块网卡,并分别设置在两个不同网段内。当主网线路中断时,网络通讯自动切换到从网,保证通讯链路不中断,为系统稳定可靠运行提供了保障。系统结构示意如下图所示(其中粗线表示主网,细线表示从网,A表示主网网卡,B表示从网网卡):

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<图例>双网络冗余示意图

双设备冗余是指设备间的冗余,即两台相同设备之间的相互冗余。对于比较重要的数据采集系统,用户可以用两个完全一样的设备同时采集数据,并与数采通讯,实现双设备冗余功能。正常情况下,数采与主设备通讯并采集数据,若主设备通讯出现故障,则数采会自动切换到从设备,继续完成采集工作,即使主设备恢复了,数采也继续跟从设备通讯,这种方式是一种相对的冗余方式。

双数采冗余是指主数采和从数采直接或者通过OPC方式对设备进行数据采集,它是数据采集软件上的一种备份处理机制,增强数据采集的安全性。正常情况下主数采处于工作状态,从数采处于监视状态,一旦从数采发现主数采异常,从数采将会在很短的时间内代替主数采采集数据,完全实现主数采的功能,即使主数采恢复了,从数采也继续完成采集工作,这种方式是一种相对的冗余方式。

2.2.4 车间级工业过程数据管理平台

1、针对某正极锂电材料车间,能够独立部署高效的生产过程工业数据库平台,满足车间能够独立生产运营的需要,避免车间对集团中心服务器数据库平台的网络访问依赖过大从而产生因网络风险导致的生产停工的风险。

工业时序库支持数据的提取,并可换为高性能的时间序列标记历史记录。

工业时序库是真正的分布式客户机/服务器体系结构,可以跨越所有支持TCP/IP的网络:

提供良好的网络连通能力和分布式功能,支持多客户端-多服务器体系,允许在一个应用中存在多个实时数据库系统,允许一个客户端同时访问多个数据库服务器;支持在服务器之间交换和共享数据;

支持多数据服务器的对等体系结构和层次体系结构;

客户端的应用程序接口从局域网或广域网的任何一处访问系统数据时都是透明的,这些程序可以驻留在终端用户的PC或其他工作站上;

支持多客户端并发存储和访问实时、历史数据;

2、工业过程大数据的管理应支持压缩传输和断点续传,有效保证数据完整性和以最小数据流完成数据传输,同时能满足采集数据的速度及点数要求,一般要求为“秒”级,数据采集要具有时间戳和质量戳。

工业时序库每秒可存储(插入)超过300,000个输入值,单点检索每秒查询多达300,000条记录;并发检索每秒查询多达30,000条记录,单台服务器可最多存储1,000,000个数据点的历史数据,支持最多256个并发客户同时存储和检索实时及历史数据。变量存储频率支持毫秒级存储。支持变量内容完全存储,包括数据的类型、数据值、时间戳、质量戳以及数据版本等信息。

工业时序库采集器采集数采服务或OPC服务器的数据保存到工业库中,支持断点续传与压缩传输,具有强大缓冲数据能力。

3、数据的存储应具备在线压缩特性,要满足磁盘空间占用低的需要。

工业时序库高效的数据压缩算法实现了存储空间和数据精度之间的最佳平衡,在保证用户指定的数据精度的条件小,能够极大的减小存储数据所需的磁盘空间;同时,高效的还原算法也最大限度的保证了数据的压缩和还原几乎不影响系统的性能;支持精细到变量点的压缩配置,可单独针对每一个标签点的进行压缩方法和压缩参数的配置。

 

2.3 SCADA监控系统功能设计

2.3.1 视化数据动态展示

 SCADA平台具备2D/3D监控画面组态能力,可在监控画面中监控生产流程,实现泵、阀、设备的动态展示以及高低液面和管道流动。

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 SCADA平台丰富的仪表/对象库,支撑用户通过丰富的图表进行展示,显示实时和历史数据,并对所有数据进行跟踪、显示、分析。

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2.3.2 数据模型化管理

平台能够对工厂通用性的的图形和数据进行模型化管理,建立图形模型和数据模型,方便快速的开发维护和一键式批量维护。

SCADA创造性地提出了采集模型、数据模型和图形模型三种不同的模型概念。将传统简单工程元素的复用提高到了功能模块复用的高度,开发人员通过简单的拖-放、文本框输入等操作后,就可以实现新工程的开发。

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图形模式是带有动画和逻辑运算和调度的图形组合。图形模型拥有自己的逻辑脚本和图形动画。

数据模型是带有逻辑运算和调度的数据组合。数据模型拥有自己的标签变量和逻辑脚本。

采集模型与数据模型类似,若项目中有多个相同的驱动设备并且设备下的变量相同,我们可以将此设备建为采集模型,其他相同的设备及变量均可通过实例化采集模型来创建,从而大大减少组态设备与变量的时间。

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2.3.3 报表控件的管理

用户可通过Scada的报表控件,创建动态丰富的报表。报表数据包含报警信息、生产管理信息、设备OEE信息、品质报告、SPC分析报告、项目介绍报告以及Scada运行信息报告。

Scada报表可与多种数据源进行数据交互,包括实时数据、关系库数据、工业实时数据库数据等其他数据源数据。将数据源的数据整合在一起,并可通过查询工具查询过程历史数据和关系库数据。

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2.3.4 高级报警预警管理

1、平台能够具备实时的生产报警与预警功能,具备异常发生时的实时应急响应机制。

SCADA具有良好的报警系统,能够对实时、历史的报警和事件进行显示、存储、查询等操作,并能够及时通知操作人员,帮助您快速进行故障监视和决策制定。

SCADA对已发生的报警,可进行激活和确认。在确认操作中,确认的人员、操作、步骤、时间将被自动记录,以便于报警追溯。

用户可通过SCADA报警库方便的进行报警统计,统计检索方式简单灵活,统计数据包括但不限于:单位时间发生报警事件数量、报警发生频率、报警抖动范围、报警峰值次数等。

SCADA提供API接口,允许外部程序对报警数据进行访问,使报警系统能够与其他信息系统紧密结合。

良好设计的展示窗口,使您能够通过同一窗口同时监视实时、历史报警,并能够进行报警过滤和查询。完全基于SQL的查询语句使报警信息查询趋向于标准化。

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2、在工业控制系统中,当现场的数据超出正常范围时,系统应以报警的方式将其通知相关工作人员,工作人员接收到报警信息后会对报警做出相应的处理,SCADA提供了强大的报警实时响应机制:语音报警、报警转发功能(支持E-mail、短信等转发),并可安排报表通过打印

3、SCADA报警属性可进行配置,包括是否报警、报警限值设置、报警延时、报警死区、报警时间等,这些属性的值可以动态分配和自定义,用户可根据用户权限、自定义标记、日程时间等进行报警查询。如下图:

图片15.png 4、SCADA报警可提供灵活的文件配置接口界面,将报警文件(包含不同类型的数据报警以及报警事件)存储到不同数据库,并可对存储方式(单表、多表)、存储文件缓存池等进行设置。

    5、 SCADA报警支持报警点的报警等级定义和报警等级自动升级,对于生产过程中需要重点监控的数据点(例如关键工艺参数:温度、压力、转速等),可提前设定为高等级报警,一旦发生报警后,可以以最高优先级进行报警提示;对于并非核心数据,但发生异常后,需要在规定时间内做出响应确认的数据,可通过系统设置为报警等级自动升级,系统可根据报警持续的时长进行报警等级自动升级,以提醒相关人员尽快确认异常情况。

6、 系统提供了高级的报警响应推送机制,系统可根据报警等级、持续时间、异常类型,对报警进行分内容、分方式、分对象的报警推送,以达到报警信息的针对化、明确化的推送,以便用户做出最及时、最正确的异常响应。

 

 

2.3.5 用户管理功能

 

拥有系统管理权限人员可以对其他用户进行新增,修改等画面操作权限的分配。

 

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