【IT168专稿】又到一年夏收季节,丰收的喜悦洋溢在农民的脸上，然而在部分仓库系统的内部,企业却依旧依赖于一个非自动化的、以纸张文件为基础的系统来实施仓库内部的管理。对于整个仓储区而言，人为因素的不确定性，导致劳动效率低下，人力资源严重浪费,而且控制的不及时又经常使粮食质量下降，特别是温度控制最为紧迫。因为一般情况下，粮食呈微酸性，如果长时间处于高温下则极易陈化！

    如果能引进合理的温控系统，使其远程终端单元不断巡检仓内温度，并将处理后的数据传回计算机，管理人员根据反馈信息设定粮仓风机启动温度值，自动通风；并在必要的时候启动谷物冷却机，使粮食常年处于一种较为恒定的低温中，将会有效地防止粮食陈化。另外我们也发现在一些中小型仓储区中温度控制系统、料位监测系统、计量系统、质检系统、清选除杂系统、烘干系统等都已经存在，只是大多处于分散的状态，难以统一协调工作，急需一个强劲的网络将它们纳入统一系统，这样做不但可以提高产品质量，而且管理上也有质的飞跃！

#$[*178897.jpg*#粮仓温度监控（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    为了便于说明，上图只给出了以粮仓温度为控制点的系统流程图，实际应用中完全可以将温度、料位、计量、质检、清选除杂、烘干等系统囊括进去，做统一管理！

    下文中，我们将向大家详细介绍中小型粮仓的监控部署。文章讲主要围绕管理层、监控层和设备层的网络设计展开。相关联的产品介绍我们也会为大家送上。

    方案组网：

    为了实现该企业的“管控一体化”，本方案使用两种网络，一个是处于管理层的以太网，一个是处于监控层的ARCNET网。处在以太网上的设备除了以太网卡、HUB及运行NT4.0的普通PC机外并不需要特殊的投入；运行在ARCNET网络上的设备，我们选用了OPTO22公司的SNAP I/O控制系统，该系统于1996年推出，最大的特点是开放性强，不仅与原有的系统保持兼容，而且融入了许多最新的技术，如集成化的结构、对OPC标准的支持、485兼容的ARCNET冗余通讯方式、以太网、功能强大的软件包等。与现有的其它控制系统相比：集成度更高、小巧灵活、安装方便、供电方式简单、现场分布性好、智能化程度高。加与FactoryFloor软件包相结合，完全可以满足整个粮仓管理的各种要求。

#$[*178905.jpg*#网络拓扑（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    从结构上整个方案可分为三个层次：即管理层、监控层和现场设备层。如图2所示。其中，最上层的企业管理层网络（以太网），主要用于企业的计划、销售、库存、信息分析、以及企业的经营管理等方面信息的传输。管理层上各终端设备之间一般以发送电子邮件、下载网页、数据库查询、打印文档等方式进行信息的交换，数据报文通常都比较长，吞吐量较大，而且数据通信的发起是随机的、无规则的，因为要求网络必须具有较大的带宽。管理层网络主要由快速Ethernet(100M、1G、10G等)组成。具体的现场信息来源，上报是通过OptoSever（数据服务器）由ARCNET网上发送出来的。运行OptoSever上OptoCDS的PC可以时刻与将该PC机定义为服务器的计算机相通讯。

#$[*178909.jpg*#OptoSever界面（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    OptoSever是OPTO22 FactoryFoor软件包中的一个客户服务器应用组件，用于在FactoryFoor网络上为客户提供数据服务。FactoryFoor网络包括OPTO22控制器和基于PC的工作站。OptoSever支持ADVANCE DDE/DDE、OPC标准，加上与WicroSoft软件通信技术机密结合，使得它成为通用I/O服务器。

#$[*178913.jpg*#OptoConnect界面（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    虽然用户可以通过VB、ACCESS和EXECL等软件通过OptoSever来读取现场数据。但FactoryFoor软件针对数据库数据采集还有一个专门的应用组件——OptoConnect，这个32位Windows应用软件可以在FactoryFoor和SQL SEVER以及ACCESS数据库之间传送数据。即可独立运行也可也与Microft SQL捆绑在一起。

    OptoConnect对于采集和传送的数据有很大的选择范围，管理者可随时根据需要进行增减。OptoConnect通过具体的“读表单”、“写表单”来和现场控制器进行交互，如果以OptoSever为服务器，则这种数据库的更新便可通过以太网及时传送到管理层界面。数据库的数据采集可追朔到1秒。

    监控层是建立在ARCNET网络上的一个控制层面，主要用于监控、优化、调度等方面信息的传输，其特点是信息传输具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量较大。实现的设备有主控制器（SNAP-LCM4），ARCNET网卡（AN-520BT/M4SARC）及ARCNET有源HUB（AN-808S）和RG－62同轴电缆等。

#$[*178921.jpg*#运行中的SNAP-LCM4（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    带有ARCNET网卡（M4SARC）的主控器它的作用是存储上位机（工控PC）下传的控制算法，将回路控制、逻辑控制及I/O智能化功能分配给相关的单元处理器（SNAP-B3000），控制算法的主体在主控制器中由Flash ROM中的内核进行解释执行，当控制策略需要现场实时数据时，主控制器以通讯的方式向单元处理器获取。

    ARCNER HUB（AN-808S）的作用和我们平时见到的以太网HUB的作用是相同，它是一个有源HUB，连接介质是RG－62同轴电缆（一种类似于电视同轴电缆的两导体屏蔽电缆，用于ARCNET网拓扑结构，具有93欧姆特性阻抗）。

#$[*178925.jpg*#AN-808S（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    它的布线规则是：

    1、ARCnet使用总线结构时,在305m的最大距离上使用RG-62型电缆最多可级连8个。
    2、在总线结构下,使用T型连接器连接工作站,一个总线段必须用93Ω的终接器在两端加以终接。
    3、ARCnet同轴电缆可与有源Hub提供的星型结构相结合.在这种情况下,总线一端连接到有源Hub上。一个8端口的有源Hub可连接的工作站总数为8X8=64。

    另外需要注意的是安装在各个工控机上ARCNET的网卡（AN-520BT）。

#$[*178930.jpg*#AN-520BT（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    从上图中我们可以看到它有两组拨转开关，其中SW1（在卡的后端）用于ROM Address Setting（在PC机中定义主控制时会用到），SW2用于设定网卡自身地址也是ARCNET网节点地址，笔者的经验是按网线依次设定出错几率小，如果出现单机运行正常而联机后无法运行的情况，请首先仔细查找这个地址设置是否有重复（说明书上指出0端代表着“1”）。

    最后需要解释的是：之所以在监控层选用ARCNET网而没有推荐更快的以太网（SNAP-LCM4支持以太网传输），主要是基于以下原因：Ethernet采用的介质访问控制方法—CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，冲突检测载波监听多点访问）是一种非确定性或随机性通信方式。其基本工作原理是：某节点要发送报文时，首先监听网络，如网络忙，则等到其空闲为止，否则将立即发送，并同时继续监听网络；如果两个或更多的节点监听到网络空闲并同时发送报文时，将发生碰撞，同时节点立即停止发送，并等待一段随机长度的时间后重新发送。16次碰撞后，控制器将停止发送并向节点微处理器回报失败信息。

    在网络负荷较高时，Ethernet上存在的这种碰撞将成为主要的问题，因为它极大地影响了Ethernet的数据吞吐量和传输延时，并导致Ethernet实际性能的下降。由于在一系列碰撞后，报文可能会丢失，因此节点与节点之间的通信将无法得到保障。Ethernet的这种CSMA/CD介质访问机制导致了网络传输延时和通信响应的“不确定性”。

    而对于工业现场控制网络，Ethernet的这种通信“不确定性”会导致通信延迟的“不确定性”，并导致系统控制性能下降，控制效果不稳定，甚至会引起系统振荡；在有紧急事件信息需要发送时，还会因报警信息不能及时得到响应，而导致灾难事件的发生。

    相反著名的令牌总线之一Arcnet网络在控制安全上有着天生的优势，其特点是，网络上各工作站对总线的控制权是由令牌来控制的。收到令牌的节点在一段规定时间内拥有网络传输介质的控制访问权，并向网络上发送一帧或多帧信息，当该站传输已经完成或它占用网络的规定时间到时，它就将令牌传递到下一逻辑站。因此，传输过程就是由交替进行的数据传输阶段和令牌传送阶段组成。由于令牌传递时间、拥有令牌的节点占用网络控制权的时间是预先规定好的，在网络节点数量一定的情况下，每个网络节点的信息发送的时间是可以预先估计出来的，因此，令牌网又称为“确定性”网络。显然，这种确定性的比较适合通信确定性和响应实时性要求较高的工业控制系统中应用。

#$[*178932.jpg*#效果图（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    至于传输速度上，在负荷较轻时，Ethernet网络的响应速度明显大于Arcnet网络，但随着负荷的增加Ethernet网络的响应速度就急剧下降，而Arcnet网络却下降得非常缓慢。

#$[*178937.jpg*#运行中的B3000（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    整个方案的最底层是现场设备层网络，与变送器、执行机构等现场设备相连，采集现场数据，并将控制数据送入设备。本方案这一层的主要器件是单元处理器（SNAP-B3000），通过双绞线以RS-485的方式与主控制器进行通讯，距离最大支持1公里（加重发器可扩展至更远）。B3000可以完成一些简单的回路控制，一以本方案为例，有主控制器下发的温度控制回路首先在B3000进行实时控制，当涉及的其它单元处理器上的点时，才需要由主控制器来协商。

#$[*178967.jpg*#可选用的PT100（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    设备层网络中与温暖变送器（PT100）等直接接触的是各种转换模块，因所对应的控制量不同而不同，比如检测温度的信号是PT100，用SNAP-AIRTD模块，控制风机变频器的是模拟输出量，可选用SNAP-AOA-3等。

    管理层的任务是从大量的实际数据中测算出未来的走势，为管理者提供最真实的第一手数据（以太网来实现），监控层的主要任务是实时控制现场的各种参数在理想的范围内，主要是由ARCNET网络来实施的。而设备层则具体负责数据的实时变送。以某一粮仓的温度为例：当它的温度超出了理想范围，设备层扑捉后传送给监控层，监控层根据监控者给定标准值来决定是否调整风机转速。同时这个异常也可被管理层收集到，经过复杂的分析后提供给管理者，以便管理者决策。

#$[*178969.jpg*#粮仓温度监控（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    产品选型：

    本方案涉及到的产品较多，在此我们只对一些主要的组件进行一些简要的介绍。

    硬件

    以太网：

    1、8口HUB：D-Link  CDE-809TC/CN。

    HUB又叫“集线器”，是属于OSI（Open System Interconnect，开放式系统互连）七层架构中第一层－－物理层设备，对数据的传输起同步、放大和整形的作用，能把一个端口接收的所有信号向所有端口分发。

#$[*178975.jpg*#CDE-809TC/CN（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    本方案中它的作用主要是将ARCNET网上数据传送给管理层，同时也可完成打印机共享及内部发送文件等。

    2、PCI以太网卡：D-Link  DFE-530TX

#$[*178980.jpg*#DFE-530TX（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    DFE-530TX网卡是32位PCI总线的即插即用型快速以太网卡，具有工作速度（10/100Mbps）和工作方式（全/半双工）的自检测、自适应能力。网卡上提供了3个LED指示灯，用来监视网卡与网络的连接及数据传送工作状态，这种人性化的设计在大量的工业使用中极大的减轻了维护人员的工作量。

    ARCNET网络：

    1、主控制器SNAP-LCM4 ：本方案中活跃在ARCNET网上核心组件是主控制器SNAP-LCM4。

#$[*178983.jpg*#SNAP-LCM4（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    这种控制器是OPTO22控制系统中目前功能最强大、通讯方式最灵活的控制器，它有四个空的M4BUS插槽并提供多种通讯卡选件，可支持串口、ARCNET、以太网，可以让你在多种通讯方式中任意组合，满足工业现场的要求。采用面板或DIN导轨安装。控制器的安装尺寸很小。商家特别强调用该控制器可组成基于10/100M的以太网控制系统。

#$[*178986.jpg*#M4SARC（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    2、单元处理器SNAP-B3000

    单元处理器是设备层中最活跃的部分，它即可以和主控制器结合组成完整的控制系统，也可以直接和上位机结合起来应用。在本方案中它的主要作用是：完成和主控制器之间的多种通讯方式，并对主控制器的要求作出快速响应；实现I/O的智能化，处理简单的逻辑功能，如事件/响应、PID回路控制、高速计数及工程单位换算等；对本单元的I/O点进行定期扫描。

    SANP-B3000与SANP B系列底版相结合可同时处理模拟量和数字量。

#$[*178990.jpg*#SANP B16M（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    SANP-B3000和主控制器通过双绞线以RS485方式相连，支持先进的MISTIC协议和OPTOMUX协议，最高可达115.2Kbps的通讯速率，与传统的B1、B2兼容。利用MISTIC协议可支持所有在板I/O的智能化功能。该处理器最多可以控制32个模拟量或32个数字量和16个模拟量。

    3、AN-808S  ARCNET HUB

#$[*178992.jpg*#AN-808S（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    AN-808S是一8口有源HUB，支持最高传送速率2.5Mbps，带有8个BNC接口，使用220V AC供电。典型连接方式见下图。

#$[*178994.jpg*#连接方式（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    4、AN-520BT

    AN－520BT 为高效能16 bit ARCNET 网络卡，使用ISA插槽（这是应该注意的，因为现在的个人PC机主板已不提供这中插槽了），具有BNC同轴电缆和UTP RJ-11双绞线两种连接方式。

#$[*178997.jpg*#AN-520BT（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    画面上的拨转开关是用来设定网络地址的。该网卡在NT4.0平台下不需要额外安装驱动程序，只是在连接主控制器时指定自身端口及RAM PROM地址即可。（说明书上有对照表，不是很麻烦！）

    软件系统

    本方案在软件方面主要使用了FactoryFloor软件包，它是32位Windows应用程序，为工业自动化客户解决算法复杂的控制问题以及方便快捷建立控制策略、HMI、服务器和数据库连接提供了优秀的开发环境。包括四个集成组件：

    1、OptoControl：图形化、基于流程图控制策略的开发环境。

#$[*178999.jpg*#OptoControl（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    OptoControl充分利用Windows98/NT图形界面，使用是控制策略组态、设计和调试更加简单。它的开发环境采用微软的Explor的树状形式，通过方案树可以方便的完成所有开发工作。流程图式的开发环境为控制过程提供了准确、直观的图形，而且动态调试功能可以简便地调试、检验你的控制算法，查看控制程序中的每一点数据，并提供在线修改功能。而且在NT平台下还提供OptoRuntimePC——软逻辑功能。

    OptoControl的最大好处便是简单易用，简明的英文指令以及流程图式的设计方法，使程序容易理解，可维护性高。程序和系统组态在每一时刻均可更改，流程图将保存最新的修改。它的长标识名数据库可被所有FactoryFloor应用程序共享，并且对SDK（软件开发工具）建立的第三方应用也是开放的。共享数据库使程序员的工作变得更简单并且减少了系统出错的可能性。另外OptoControl也可以在Windows中使用传统的通讯技术，为第三方产品和客户开发提供了开放的控制系统的数据库。

    2、OptoDisplay：功能强大的HMI软件包

#$[*179001.jpg*#OptoDisplay（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    OptoDisplay 是基于Windows95/98/NT的HMI软件，它和OptoControl共享同一个数据库，这种方式既能提高开发效率又能提高数据采集的效率。该软件提供了丰富的图形库以及基本图形工具，并支持微软的Metafile图形格式，图形提供动画功能，如大小旋转、移动、可见性等。HMI提供报警和趋势功能，其SUPERTRENDS功能可同时支持16支笔，并将实时趋势和历史趋势结合在一起，趋势曲线可以任意放大和缩小。OptoDisplay提供的报警登录工具，让操作员看到现场的报警情况并由其来确定，还提供声音报警。

    HMI软件提供事件驱动功能，包括控制器驱动和操作员驱动，如键盘、屏幕等事件。在OptoDisplay还能实现对用户的管理，给不同等级的客户不同的权限，还能屏蔽操作系统，即用户权限不够将无法切换至Windows平台下。

    3、OptoServer 功能强大的数据服务器。

#$[*179004.jpg*#OptoServer（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    OptoServer 是 FactoryFloor的客户服务器应用组件，和OptoControl及OptoDisplay紧密集成在一起，既可以作为独立的应用服务器，也可用于复杂的客户机/服务器结构中。OptoServer可与Mindows Office产品、第三方组态以及用户用VB、VC等开发的应用程序集成。

    OptoServer的推出使得用户的应用更加灵活、开放性更好。例如：用户可以用VB、ACCESS和EXECL等软件通过OptoServer读取现场的数据。因为OptoServer具有诊断、报表和备份服务器的功能，使得它更加易于管理。OptoServer的冗余功能可以满足关键场合的需求。

    4、OptoConnect用于和SQL SERVER、ACCESS数据库接口的软件

#$[*179006.jpg*#OptoConnect（点击看大图）*#0*#0*#center*]$#

    OptoConnect是32位Windows应用软件，它可以在FactoryFloor和SQL SERVER以及ACCESS数据库之间传送数据。它有三个组件：组态方式、运行方式以及运行监控方式。组态方式是用来建立OptoConnect项目。一个项目是一系列的表格，它定义了OPTO22控制系统和SQL或ACCESS数据库中要传送的数据项。通过鼠标拖放便可将你想要的数据从OptoControl的方案结构中直接用鼠标拖入OptoConnect数据库表单中。启动OptoConnect的运行方式后，数据传送会按客户定义的方式自动进行。基于用户定义的不同，用户可选择Continuus和Snapshop数据表格。运行方式可执行完成OptoConnect的项目，它是OptoConnect用于响应建立的数据库表格以及在数据库和OPTO22控制系统之间传送数据的环境。OptoConnect运行是不存在操作界面。运行监控方式可用于获取正在运行对象的反馈信息。OptoConnect运行时既可作为独立的应用程序，也可作为Windows NT 下的服务器。

    方案对比

    在工业扩展领域有很多大型监控系统，它们要么是由DCS来完成的，要么是通过PLC来实现的，DCS以功能强大而著称，PLC占尽价格优势。与这两种控制系统相比我们给出的方案有什么过人之处呢？

    1、比DCS组网简易、灵活。特别是在开放性上有着以往DCS所无法比拟的优势

    一般来讲DCS厂商提供给客户的系统都是事先预定好的，而且要想达到非常好的效益，往往又被局限与某个特殊的行业。为了要做的完善，提供商总是将该行业的所有问题都考虑进去，集成好之后再发给用户。即使我们只用到其中很少的一部分功能，也必须买进整套硬件和相应软件，无形中增加了客户投入成本。按照市场统计显示，一般DCS用户只应用到了他们所购进的整套DCS约18%~25%的功能而已。

    另外DCS属于黑箱操作系统，不提供给用户开发软件，即使有相关的应用软件也多是偏向通用性的一个软件包。这种全然不属于开放式的系统，要想作出任何改动，提升或扩充的话都得受制于提供商。而我们推荐的OPTO22系统则是一个开放性很强的操作系统，不但自身为用户提供了开发工具，而且还支持第三方软件，它给客户的是一个真正的平台。

    2、比PLC功能强大，扩展性好

    假如只考虑价格的话，本方案与PLC相比不一定有优势。但用户要是考虑的主要点是，一定要求系统更可靠，要前端现场分布的监控系统，组态要灵活和期望应用软件开发很容易的话，本方案将是一个不错的选择，按发展的眼光来看，本方案总体成本并不比PLC高。而且在较多模拟变量，非顺序控制，并要作出大量联网通讯的粮仓管理系统，虽然价格低廉，但属低层次的PLC是很难胜任的。例如温度PID回路控制，采用PLC产品就很难实现，要是勉强一定要做的话，就一定要选用非常昂贵，高档的PLC才可勉强做到。而我们推荐的方案的最低层就可轻松实现。其实，本方案胜出PLC 的主要优点在于系统的未来提升和扩展。

    在一个项目中，我们最关心的还是总成本、总体效益的问题，DCS的先期巨额投资和后期的天价维护，让中小企业不敢问津，而PLC在应用面及未来提升上的局限又让他们举棋不定，而本方案恰恰是以性价比高为切入点，既集成了DCS的强大功能，又具备接近PLC系统的低廉成本优势！