基于iFIX的選礦生產(chǎn)SCADA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)摘 要：闡述了選礦控制系統(tǒng)中HMI的設(shè)計(jì)要求，確定了選用iFIX組態(tài)軟件做HMI的設(shè)計(jì)。具體介紹了SCADA系統(tǒng)的HMI實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)實(shí)踐說(shuō)明iFIX使整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)更加靈活、可靠，選用iFIX極大地提高了投資回報(bào)率，降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：iFIX，SCADA， PLC，人機(jī)界面
隨著技術(shù)的發(fā)展和管理要求的提高及節(jié)能降耗的要求，需選礦生產(chǎn)提高自動(dòng)化水平、實(shí)現(xiàn)管控一體化，實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化管理。為了達(dá)到上述要求，首先必須實(shí)現(xiàn)選礦現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程監(jiān)控功能，在此基礎(chǔ)上再實(shí)現(xiàn)集中控制聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控功能，之后實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)。
本文以某公司的選礦生產(chǎn)流程為例，基于構(gòu)造一個(gè)可靠、方便、靈活的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目的，選擇iFIX組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)控。以下主要介紹某選礦自動(dòng)化系統(tǒng)的控制要求，iFIX組態(tài)軟件的特點(diǎn)及SCADA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
1 SCADA系統(tǒng)中組態(tài)軟件的選擇1．1 系統(tǒng)概況
選礦工藝包括：中碎、細(xì)碎、磨礦、分級(jí)、浮選等主輔工序，根據(jù)工藝流程要求及集散控制理論，分別在中碎、細(xì)碎、磨礦、環(huán)水等設(shè)立PLC控制站，中央控制室設(shè)立集中監(jiān)控中心。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是監(jiān)控中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與各分控站交換數(shù)據(jù)，各分控站根據(jù)控制程序獨(dú)立控制該工藝環(huán)節(jié)的所有被控設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)也不影響該分控站的運(yùn)行，或某一分控站出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)影響其他分控站的運(yùn)行，系統(tǒng)具有較高安全性和可靠性。
1．2 控制要求
根據(jù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和操作工藝對(duì)組態(tài)軟件提出如下要求；
•組態(tài)畫面按照系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)，反應(yīng)整個(gè)工藝流程；
•畫面清晰逼真，運(yùn)行時(shí)具有動(dòng)態(tài)效果，以顏色的變化來(lái)反應(yīng)設(shè)備的工況；以數(shù)值、曲線或棒圖來(lái)反應(yīng)模擬量的變化，報(bào)警狀態(tài)用較為顯眼的顏色變化和聲音來(lái)警示；
•畫面設(shè)計(jì)按照主畫面嵌套子畫面形式，逐層展開(kāi)；
•可存儲(chǔ)所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)，定時(shí)將歷史數(shù)據(jù)備份到其他存儲(chǔ)介質(zhì)中；
•數(shù)據(jù)可以用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖來(lái)顯示；
•安全分級(jí)，不同類型的操作者有不同的操作級(jí)別，不同的操作人員有不同的操作密碼；
•工藝參數(shù)需平凡改變且更改方便；
•能把不同協(xié)議的控制器及儀表集成在一完整的系統(tǒng)中；
•SCADA系統(tǒng)需融入現(xiàn)有的MIS系統(tǒng)；
•系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，升級(jí)改造簡(jiǎn)單、方便。
1．3 組態(tài)軟件的選擇
根據(jù)以上要求，對(duì)比國(guó)內(nèi)外組態(tài)軟件，最終選擇iFIX。iFIX的設(shè)計(jì)在軟件內(nèi)核中充分使用了當(dāng)前最先進(jìn)的軟件技術(shù)[1]，包括微軟的VBA、OPC、ODBC、ADO、ActiveX控件、COM/DCOM使用了基于面向?qū)ο蟮目蚣芙Y(jié)構(gòu)，iFIX能實(shí)施高性能的自動(dòng)化解決方案，而且使系統(tǒng)的維護(hù)、升級(jí)和擴(kuò)展更加方便。以下是iFIX的一些先進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)：
•功能強(qiáng)大的即插即解決技術(shù)；
•組件對(duì)象結(jié)構(gòu)；
•集成發(fā)展環(huán)境Workspace TM；
•VBA (Visual Basic for Application)腳本；
•高通用性的OPC（OLE for Process Control）技術(shù)；
•增強(qiáng)的安全性和可靠性，強(qiáng)大的冗余功能；
•強(qiáng)大的圖形功能、報(bào)警功能及歷史數(shù)據(jù)功能；
•自定義的專家向?qū)?、功能按鈕及配方功能；
•強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，真正的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
•無(wú)可比擬的開(kāi)放性，為系統(tǒng)未來(lái)的升級(jí)做好了鋪墊。
2 系統(tǒng)的硬件在選礦生產(chǎn)過(guò)程中，中碎和細(xì)碎現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC選用了OMRON公司的CS系列產(chǎn)品，而在磨礦和環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC選用了SIEMENS公司的S7—300系列產(chǎn)品部分儀表需通過(guò)OPC與系統(tǒng)通訊。在整個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)與OMRON PLC之間的信息交換通過(guò)Control Link網(wǎng)進(jìn)行，計(jì)算機(jī)與SIEMENS PLC之間的信息交換通過(guò)Profibus網(wǎng)進(jìn)行，部分儀表需通過(guò)OPC與系統(tǒng)通訊。在本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，SCADA系統(tǒng)采用一臺(tái)服務(wù)器工作，另外有一臺(tái)熱備份的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)冗余，通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)得可靠性、穩(wěn)定性得到了極大的提高，此外系統(tǒng)還有一臺(tái)Terminal Server 及若干Client。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖SCADA服務(wù)器主要負(fù)責(zé)從PLC上取得數(shù)據(jù)，而用戶則通過(guò)Client遠(yuǎn)程登錄到iFIX終端服務(wù)器上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)視或控制。遠(yuǎn)端的用戶可由因特網(wǎng)撥入VPN，通過(guò)遠(yuǎn)程桌面連接（RDC）（Windows XP和Windows Server 2003），遠(yuǎn)程終端就可以通過(guò)IE5.0或更高版本的瀏覽器就可以連接并訪問(wèn)終端服務(wù)器上的iFIX，而且連接服務(wù)器的客戶端計(jì)算機(jī)不需要具備通常行iFIX所必須的處理能力，使得客戶端的運(yùn)行平臺(tái)可以是Win95到Windows Server 2003十分地方便。
3 基于iFIX的SCADA系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)3．1 與底層PLC的通信
在SCADA服務(wù)器啟動(dòng)以后，會(huì)載入一個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)接收來(lái)自PLC的數(shù)據(jù)。所以在iFIX中必須建立所需的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)對(duì)應(yīng)PLC中的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳入映像表中，而后再經(jīng)過(guò)掃描、報(bào)警，控制程序傳輸?shù)竭^(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，在組態(tài)應(yīng)用中就可以利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)功能來(lái)取數(shù)據(jù)了。iFIX能與絕大部分PLC、DCS通訊，并且可通過(guò)OPC與任意支持OPC的控制器、儀表通訊。
3． 2 人機(jī)界面
在過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中采集到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)后，就可以用iFIX來(lái)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)畫面，以此給監(jiān)控、操作和管理人員提供直觀的生產(chǎn)流程、必要的報(bào)警提示和一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)。選礦破碎生產(chǎn)根據(jù)測(cè)點(diǎn)的分布區(qū)域劃分為以下幾個(gè)主要部分：放礦機(jī)、中碎機(jī)、細(xì)碎機(jī)、皮帶組等。iFIX中提供有頗為豐富的圖符集，通過(guò)人機(jī)界面可以形象、直觀的將生產(chǎn)工作狀態(tài)，各種所需的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。從圖2可以看出，用iFIX組態(tài)的人機(jī)界面具有畫面清晰逼真等特點(diǎn)，而且數(shù)據(jù)可以用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖來(lái)顯示；畫面運(yùn)行時(shí)具有動(dòng)態(tài)效果，以顏色的變化來(lái)反應(yīng)設(shè)備的工況，以數(shù)值、曲線或棒圖來(lái)反應(yīng)模擬量的變化，報(bào)警狀態(tài)用較為顯眼的顏色變化和聲音來(lái)警示。
圖2 iFIX組態(tài)的破碎部分人機(jī)界面3． 3 報(bào)警實(shí)現(xiàn)
特別對(duì)于某些敏感的數(shù)據(jù)，如物位、頻率之類，需要嚴(yán)格控制在某些范圍之內(nèi)，這時(shí)就可以通過(guò)數(shù)據(jù)塊設(shè)置上限、下限、上上限、下下限來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警。如果采集的數(shù)據(jù)一旦超出范圍，就可以通過(guò)蜂鳴器和報(bào)警顏色的閃爍來(lái)提醒監(jiān)控或管理人員。用戶還可使用iFIX的報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)查閱以前的報(bào)警。iFIX提供分配報(bào)警區(qū)域的功能，管理人員可根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建報(bào)警區(qū)（iFIX自身提供了16個(gè)缺省報(bào)警區(qū)，分別從A到P），這樣一旦哪個(gè)區(qū)域出現(xiàn)狀況，就能十分直觀明了地體現(xiàn)出來(lái)。
3． 4 歷史數(shù)據(jù)及其趨勢(shì)圖
監(jiān)控、管理人員往往需要通過(guò)歷史數(shù)據(jù)來(lái)分析產(chǎn)品在生產(chǎn)中可能發(fā)生的各種問(wèn)題，例如跟蹤分析生產(chǎn)過(guò)程等。iFIX在這個(gè)方面就提供了強(qiáng)大的支持功能。啟動(dòng)“歷史定義”就可以定義SCADA節(jié)點(diǎn)（包括本地節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)）的采集組。每個(gè)采集組中就存儲(chǔ)著管理人員所需要的各個(gè)采集點(diǎn)的標(biāo)簽名。設(shè)置完之后，就可以在“任務(wù)控制”里啟動(dòng)“歷史數(shù)據(jù)采集”。在歷史數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，還可以在“任務(wù)控制”中查看是否有數(shù)據(jù)超載的情況發(fā)生。若發(fā)生超載，則說(shuō)明采組中設(shè)置的速度不匹配，這樣則會(huì)導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)塊的值丟失。超載如果重復(fù)發(fā)生，則可能表示采集組的相位不匹配需調(diào)整以減少超載的發(fā)生。
在本系統(tǒng)中，用VBA開(kāi)發(fā)了如圖3所示的歷史曲線查詢界面，這種樹狀結(jié)構(gòu)可直觀地查詢各變量的歷史數(shù)據(jù)，在這個(gè)界面上還加了歷史筆的設(shè)置和數(shù)據(jù)前后滾動(dòng)按鈕。
圖3 歷史曲線界面3．5 配方的實(shí)現(xiàn)
在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，往往要用到配方，這樣能極大提高生產(chǎn)效率。iFIX中自帶有配方編輯器，它提供生成、修改、刪除、上裝以及下載配方等功能。
3．6 與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接
iFIX雖然能夠提供歷史數(shù)據(jù)的查詢，但是管理人員往往需要保存幾個(gè)月甚至幾年的數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要利用專門的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)保存歷史數(shù)據(jù)。且礦業(yè)公司需要把SCADA系統(tǒng)融入原有的信息管理系統(tǒng)，信息管理系統(tǒng)采用MS SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)，則需要用到iFIX的ODBC來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)源。
通過(guò)ODBC，SCADA系統(tǒng)可無(wú)縫地融入信息管理系統(tǒng)，管理人員就在信息管理系統(tǒng)中了解生產(chǎn)情況，做到管控一體化。
4 結(jié)束語(yǔ)本系統(tǒng)由于采用了SCADA冗余結(jié)構(gòu)，因此具有較好的穩(wěn)定性。iFIX組態(tài)軟件提供直觀的動(dòng)態(tài)畫面，十分明了易懂。通過(guò)在選礦集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了iFIX HMI/SCADA軟件強(qiáng)大的組態(tài)功能、網(wǎng)絡(luò)功能，其開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)方便地集成其他第三方組件，并定制用戶化的系統(tǒng)環(huán)境，這些強(qiáng)大的功能減少了工程設(shè)計(jì)實(shí)施時(shí)間，簡(jiǎn)化系統(tǒng)的升級(jí)和維護(hù)，同時(shí)還能使iFIX和其他第三方應(yīng)用無(wú)縫的集成，顯著地提高生產(chǎn)率。
參考文獻(xiàn)：[1] Intellution iFIX快速上手[Z].GE Fanuc自動(dòng)化.2005.9：2-3
[2] Intellution iFIX網(wǎng)絡(luò)配置指南[Z].GE Fanuc自動(dòng)化.2004.6：55-70
[3] Intellution iFIX培訓(xùn)手冊(cè)[Z].GE Fanuc自動(dòng)化.2001.12：60-90
（東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院 顧偉臣）
