基于FactoryLink的SCADA在物流自动化系统的应用
The Application of SCADA based on FactoryLink for Logistics Automation System
摘要：大型成套物流自动化系统的监视控制和数据采集（SCADA）系统已成为近年来的重要技术支撑课题。本文以SCADA理论为基础，结合作者在广东邮政物流中心的工作实践，通过案例详细阐述了基于FactoryLink的SCADA体系结构、设计原理和主要应用，并对运用该技术方案构建局部乃至全省邮政物流自动化系统监控中心进行展望。 关键词：监视控制和数据采集，物流自动化系统，工业控制设备，FactoryLink
Abstract: It is a lately important technical supporting task for Supervisory Control and Data Acquisition（SCADA）system of large-scale Logistics Automation System. Basing upon SCADA theory and considering the author’s working practice in Guangdong Post Logistics Center, this paper by case detailedly expatiates the configuration, design principle and main application of SCADA based on FactoryLink. And it expects to use this technical scheme to construct the supervisory center for the partial of or even Guangdong Post Logistics Automation System.
Key Words: Supervisory Control and Data Acquisition, Logistics Automation System, Industrial Control Device, FactoryLink
1. 引言
20世纪90年代以来，随着我国现代物流中心的出现和发展，物流自动化系统的研究、设计和应用已成为现代物流领域的核心内容之一。凡从事大规模、多功能物流活动的场所即可称为物流中心。现代物流中心最主要的特征是依靠物流信息的科学运筹管理，通过系列化的先进物流技术支撑，实现及时化、信息化与智能化的物流服务操作与管理。物流自动化系统是现代物流中心中集光、机、电、信息技术于一体，合管理、控制和执行三大功能于一身的高科技系统设备，如自动分拣传输系统、自动识别系统、自动存取系统、自动化立体仓库巷道堆垛机、自动导引车系统等。
广东邮政现有十一个物流中心，基本上配备了包件分拣系统和悬挂输送系统等物流自动化系统。已于2001年7月投产使用的广州邮件处理中心是目前国内规模最大、技术最先进的现代邮政物流中心，主要大中型物流自动化系统有：包件分拣系统，信件分拣系统，扁平件分拣系统，信盒分拣系统，信盒输送系统，智能悬挂输送系统。即将在2005年建成使用的广州、深圳航空邮件处理中心作为中国邮政的重要航空枢纽，配备包件分拣系统、国际包件分拣系统和悬挂输送系统等大中型物流自动化系统。广
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州槎头、云浦邮政物流中心正在规划研究之中。
物流自动化系统运作的基础是监控与采集包括数据、图表和指令在内的各种信息。作为现代物流信息化、自动化和网络化的关键交汇点，大型成套物流自动化系统的监视控制和数据采集（Supervisory Control and Data Acquisition，以下简称 SCADA）系统已成为近年来的重要技术支撑课题。
FactoryLink是美国USDATA公司专门针对SCADA而近年来设计提供的软件平台。
本文以广东邮政物流中心物流自动化系统为重点，详细阐述了基于FactoryLink的SCADA体系结构、设计原理和主要应用，并对运用该技术构建局部乃至全省邮政物流自动化系统设备运行监控中心进行展望。 2. SCADA理论基础
1956年，美国首先研究应用于军事上测试项目的计算机监视系统。作为比较典型的、具有代表性的计算机监视系统产品， SCADA系统随着电子技术、数据通信和计算机网络技术的发展，分为三个阶段：70年代前是第一代集中式监控系统，通过继电器进行扫描、报警及模数转换；70年代中至80年代中期是第二代微型计算机监控系统，基本采用集中式结构；80年代中至今是第三代分层分散型监控系统。
随着近年来计算机软件技术的发展，SCADA系统必然会朝着开放式发展，基于组态软件工具(如：FactoryLink，iFIX，Cimplicity，Think&do，InTouch和WinCC等)对物流自动化设备的SCADA系统进行开发设计应用已经成为计算机监控发展的潮流。
SCADA系统开放式连接方式有三种：一是标准通讯协议（如ARCNET, CAN Bus, Device Net, Lon Works, Modbus, Profibus等）方式，SCADA软件和硬件设备，只要使用相同的通讯协议，就可以直接通讯，不需再安裝其他驱动程序；二是标准资料交换接口方式，常用的有动态数据交换DDE (Dynamic Data Exchange)和过程控制的对象链接嵌入OPC (OLE for Process Control)，使用标准的资料交换接口，SCADA 软件以间接方式通过DDE 和 OPC 内部资料交换中心 (Data Exchange Center)和硬件设备通讯；三是针对特定硬件和目标设计的绑定驱动 (Native Driver)方式，其执行效率比
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使用其他方式的驱动高，但兼容性差，制造商必须针对每一种 SCADA 软件提供特定的驱动程序。 3. SCADA体系结构
物流自动化系统SCADA采用基于工业控制设备与计算机等硬件和FactoryLink软件的体系结构。 3.1 SCADA硬件组成
物流自动化系统SCADA硬件包含下位机采集设备、上位机HMI（Human Machine Interface）设备和现场输入输出设备。下位机采集设备为RTU（Remote Terminal Unit）、FTU（Factory Terminal Unit）、工控计算机或PLC（可编程控制器）等工业控制设备。上位机HMI设备包括各种计算机、服务器。
以广州邮件处理中心包件分拣系统SCADA为例，下位机采集设备包括MCPU（MAB CPU）、GCPU（Ground CPU）、VME（Versa Mould Eurocard）、供件控制计算机（Induction PC）和现场输入输出设备，上位机HMI设备由监控计算机（Supervisory PC）、分拣机计算机(Sorter PC)、登单控制计算机（Label PC）组成。
驱动马达 MAB-CPU Versa Mould Eurocard (VME) 滑线 接触 GCPU 图1 MCPU、GCPU与VME组成结构示意图 如图1所示，MCPU是一个带有智能处理器、直流电源和通信接口的电子驱动电路装置，通过GCPU接收分拣机主控制系统的指令，发出模拟信号，对安装在分拣机小车上的直流马达及其相应电源进行控制，通过滑线接触方式传送数据；GCPU是搭建VME与MCPU之间通信桥梁的电子电路装置；VME
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是具有VMEbus总线结构和162-510摩托罗拉处理器的工控计算机，VME是监控计算机与包件分拣系统之间的连接纽带，通过MCPU、GCPU获取物流自动化设备的状态信息、性能指标和生产数据，并利用控制指令对包件分拣系统进行直接管理和控制。供件控制PC通过与VME通信，实现分拣机与供件台之间的告警操作和同步控制；供件控制PC通过以太网与分拣机PC通讯接收正在执行的分拣方案的指令、发送有关包件和诊断资料的数据；通过以太网络与监控PC连接，实现接收供件控制PC的控制指令、发送供件控制PC诊断数据。
监控PC主要是对整个系统各个单元进行监控、诊断。分拣机PC在逻辑上管理包件的分拣过程，分拣方案在逻辑上指定一个物理存在的格口作为目的地，分拣机PC就按照分拣方案将包件发送到指定的格口。登单控制计算机接收分拣机PC传送的清单、标签数据并控制打印清单、标签。 3.2 SCADA软件结构
不管采用何种类型的硬件，SCADA软件均可采用美国USDATA公司的FactoryLink平台及其开发的程序。
FactoryLink作为一种成熟稳定的人机交互软件平台，确保用户根据对物流自动化设备操作、维护和管理的需要，通过直观方便的用户界面观察到实际的生产数据，并获得实时的正确数据信息，用户在这些信息的基础上进行及时有效的控制管理。从而减少连接、安装、培训、维护、售后支持的费用和降低故障的时间。
FactoryLink是工业监视控制和数据采集（SCADA）追踪检测应用程序的事实标准，通过一个强大可靠的实时数据库（RTDB）对系统的状态、事件、记录等用友好的图形接口显示出来。它广泛应用于物流自动化系统、电子产品生产线、食品加工业、钢铁业、石油、天然气等行业，能针对不同行业的特点提出有效的解决方案，来服务于不同行业的不同要求。
以FactoryLink为平台开发的SCADA系统实现上位机与下位机之间的通信，并将物流自动化系统的运行状态信息、性能指标和生产数据以图形方式显示在上位机，并可以具有如下特点：
3.2.1基于面向对象和标准化技术：独特地采用面向对象方法，并以工业标
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准化技术为基础，大大减少重复结构，尽可能地避免程序错误，从而缩短维护的工作量。
3.2.2 便于外部数据导入：以一定格式和位置储存的外部数据，可以直接用来构造应用程序。如果外部数据改变了，使用这些数据创立的对象能够仅仅依靠点击相应的鼠标实现更新。
3.2.3 多层构架：更加简化和优化主要应用程序的配置和维护，从而降低成本。
3.2.4 支持在线配置：应用程序不必停下来或者重新启动系统进行修改，减少应用程序的开发维护时间。
3.2.5 可靠性极高：确保应用程序的故障发生的几率减少到绝对低的水平。 4. SCADA设计原理
4.1 SCADA实时控制的设计原理
物流自动化系统SCADA信息流程是：下位机智能采集设备与物流生产管理过程的设备或仪表相结合，实时感知设备各种参数的状态，将这些状态信号转换成数字信号，再通过现场输入输出设备传递到HMI设备中；上位机HMI设备在接受这些信息后，以适当的形式如声音、图形、图像等方式显示给用户，以达到监视的目的，同时数据经过处理后，告知用户设备各种参数的状态（报警、正常或报警恢复），这些处理后的数据可能会保存到数据库中，也可能通过网络系统传输到不同的监控平台上，还可能与别的系统（如信息管理系统）结合形成功能更加强大的系统；HMI还可以接受操作人员的指示，将控制信号发送到下位机中，以达到控制的目的。
物流自动化系统SCADA采用多级实时计算机控制，由三部分组成：直接控制级DDC（Direct Digital Control）、监督控制级SCC(Supervisory Computer Control)和管理级MIS(Management Information System)，三部分由上而下形成宝塔形的结构。
以广州邮件处理中心包件分拣系统SCADA为例，直接控制级由VME、供件控制计算机及现场输入输出通道组成，监督控制级由分拣计算机、监控计算机组成，管理级系统由整个邮件处理中心的管理信息系统来担当。
如图2所示，直接控制级采集生产过程的参数，接收来自监督控制级
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