工控组态软件及其应用

作者：广东东莞理工学院 赵维佺

欢迎访问e展厅 展厅 8 嵌入式系统/自动化软件展厅 组态软件, 单片机, ... 1、引言 组态一词来源于英文单词Configuration，“组态软件”作为一个专业术语，到目前为止，并没有一个统一的定义。从组态软件的内涵上说组态软件是指在软件领域内，操作人员根据应用对象及控制任务的要求，配置(包括对象的定义、制作和编辑，对象状态特征属性参数的设定等)用户应用软件的过程，也就是把组态软件视为“应用程序生成器”。从应用角度讲组态软件是完成系统硬件与软件沟通、建立现场与监控层沟通的人机界面的软件平台，它的应用领域不仅仅局限于工业自动化领域。而工业控制领域是组态软件应用的重要阵地，伴随着集散型控制系统DCS (Distributed Control System)的出现组态软件已引入工业控制系统。在工业过程控制系统中存在着两大类可变因素：一是操作人员需求的变化；二是被控对象状态的变化及被控对象所用硬件的变化。而组态软件正是在保持软件平台执行代码不变的基础上通过改变软件配置信息(包括图形文件、硬件配置文件、实时数据库等)，适应两大不同系统对两大因素的要求，构建新的监控系统的平台软件。以这种方式构建系统既提高了系统的成套速度，又保证了系统软件的成熟性和可靠性，使用起来方便灵活，而且便于修改和维护。 2、工控组态软件的组成及特点 2.1 工控组态软件的组成 无论是美国Wonderware公司推出的世界上第一个工控组态软件Intouch还是现在的各类组态软件，从总体结构上看一般都是由系统开发环境(或称组态环境)与系统运行环境两大部分组成。系统开发环境是自动化工程设计师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境，通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统，供系统运行环境运行时使用。系统运行环境是将目标应用程序装入计算机内存并投入实时运行时使用的，是直接针对现场操作使用的。系统开发环境和系统运行环境之间的联系纽带是实时数据库，它们三者之间的关系如图2所示。 2.2 Rsview32组态软件的特点 Rockwell RSView32工控组态软件是美国Rockwell公司生产的标准PC平台上的一种组态软件，它是以MFC(微软基础类库)、COM(组件对象模型)技术为基础的运行于Microsoft Windows9X/Windows NT环境下的HMI(人机接口)软件包。它的主要功能可以从以下几个方面进行分析： 组态软件完善，功能多样 Rockwell RSView32组态软件提供工业标准数学模型库和控制功能库，组态模式灵活，能满足用户所需的测控要求。RSView32对测控信息的历史记录进行存储、显示、计算、分析、打印，界面操作灵活方便，具有双重安全体系，数据处理安全可靠。 丰富的画面显示组态功能 Rockwell RSView32组态软件提供给用户丰富方便的常用编辑工具和作图工具，提供大量的工业设备图符、仪表图符，还提供趋势图、历史曲线、组数据分析图等；提供十分友好的图形化用户界面GUI(Graphics User Interface)，包括一整套Windows风格的窗口、弹出菜单、按钮、消息区、工具栏、滚动条、监控画面等。画面丰富多彩，为设备的正常运行、操作人员的集中监控提供了极大的方便。 强大的通信功能和良好的开放性 Rockwell RSView32组态软件向下可以通过Winteligent LINK，OPC，OFS等与数据采集硬件通信；向上通过TCP/IP，Ethernet与高层管理网互联。对于DDE或OPC数据源，“标记/数值”对的列表会被传给DDE或OPC服务器和客户机(server/client)，在服务器里写操作可能会组合在信息包里(取决于服务器的执行)。在数据库编辑器里添加了Browse OPC Server Space OPC地址浏览器，方便与OPC数据源的连接。 多任务的软件运行环境、数据库管理及资源共享 Rockwell RSView32组态软件基于Windows95，Windows98，Windows NT，充分利用面向对象的技术和ActiveX动态连接库技术，极大地丰富了控制系统的显示画面和编程环境，从而方便灵活地实现多任务操作。ActiveX对象是一个由第三方供应商开发的、现成可以使用的软件组件。RSView32可以通过它的属性、事件和方法来使用它所提供的功能。嵌入一个ActiveX对象，然后设定其属性或指定对象事件，该对象就可以与RSView32交互作用了。信息通过RSView32标记(Tags)在ActiveX对象和RSView32之间传递。 Windows为RSView32和基于Windows的应用软件间提供接口，例如DDE(Dynamic Data Exchange)技术，与Windows应用程序间进行数据交换，实现本地控制单元与上位机之间数据和信息的共享，从而为用户提供更为集中的数据操作环境，实现信息集中管理，并向上层系统提供开放式数据库接口ODBC。RSView32支持下列ODBC兼容数据库：MS Access，Sybase SOL Server，Oracle和MS SOL Server等。用ODBC数据源如Microsoft Access或Microsoft SOL Server把数据存储为ODBC格式。ODBC格式存储把数据存储在多达三个表格里。它可使用命令Activity Logsend To Odbc把活动记录数据从.DBF文件输送到ODBC兼容数据库。如果接受数据的数据库与ODBC不兼容，将无法输出。如果表桥梁不存在，RSView32将创建一个。另外，RSView32还增加了ODBC Administrator的新对象。这个对象提供了一个为ODBC数据记录而创建表格、检查表格的方法。 3、工控组态软件在火电厂辅助监控系统中的应用 电厂外围系统是电厂生产和经营管理的重要环节，但相对于机炉控制而言，其运行方式比较简单，基本都是就地独立控制。1)运行人员投入多，成本太高；2)由于位置分散，距离集控室较远，给系统的运行、维护和管理带来许多困难。因此，采用先进的网络控制技术，实现所有外围系统集中控制，不仅可以在很多方面解决系统设计和设备存在的问题，而且将为构建统一的企业网，实现管控一体化创造一个良好的基础。下面以我们在山东某电厂外围设备集中监控系统中的实施方案为例，介绍借助于Rsview组态软件构筑辅助设备集中监控系统。实践证明该方案从设计到实施都取得了良好的效果。 3.1 改造前系统构成 1) 化学补给水控制系统(4×300MW共一套) 该系统使用SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC，使用Modbus plus工业网现场总线作为上位机监控系统。 2) #1、#2机凝结水精处理控制系统(4×300MW共一套) 该系统使用AB公司的PLC/5系列PLC，使用DH+网络作为监控系统的网络通信手段，设两台上位机进行监控。 3) #3、#4机凝结水精处理控制系统(4×300MW共一套) 该系统使用AB公司的Conlogix系列控制器，使用ControlNet现场总线网络作为监控系统的网络通信手段，设两台上位机进行监控，并与#1、#2机处于同一主控室内。 4) #1、#2机、#3、#4机的汽水取样及加药系统(4×300MW共两套) 该系统使用的是安装在工控机内的A/D通讯卡，对现场取样信号进行监控，而加药系统各变频泵均为就地单片机独立控制。且#1、#2机与#3、#4机两系统分处不同位置。 系统分布图如下： 3.2 实施方案 根据地理位置分布综合考虑厂房要求，最后商定将中央控制室设在化学补给水控制室。根据目前系统现状，采用分步完成改造的方案。 第一步：鉴于化学补给水控制系统与中央控制室同处一室，使用AB公司的专用协议转换通信卡件及配套软件MB+ OPC Server，完成MB+协议的转换及与上位机组态软件RSView的通信，该卡件为PCI总线形式，直接插在两台服务器上，由服务器将其接入整个以太网内。服务器采用IBM Xserver。 第二步：依据典型交换式以太网控制网络的组成，在中央控制室网络柜内设两台CISCO 24口100M交换机，完成以太网数据交换，在服务器及操作员站内安装3COM 100M工业以太网卡。并且设APC UPS电源。 第三步：由于该系统涉及DH+网、MB+网、ControlNet网等多种现场总线，需设一网关ControlLogix Gateway 完成协议的转换。该网关应具备：一、接收现场总线各网段上的数据，并将其进行解释，转化为以太网所能接收的形式，向交换机传送；二、把系统发出的命令和数据转换为现场总线各网段的数据格式，向下传送。鉴于此，考虑到地理位置，决定在凝结水精处理控制室设一网关，该网关上配有DH+模块、ControlNet模块、Ethernet模块等。 第四步：由于网关处与交换机处距离较远(1km左右)，另考虑数据交换的实时性和抗干扰性，决定在这二者间采用光纤通信，且采用冗余互备。 第五步：汽水取样及加药系统的重新设计。分别设两个远程I/O站，负责#1、#2机与#3、#4机的数据采集，在各站安装ControlNet通信模块，挂接于ControlNet网上，用网关内的Logix5550处理器完成数据处理和控制任务。ControlNet网络通过网关内的ControlNet模块完成网络数据交换，在通过以太网模块与以太网通信。 第六步：二期工程网络接入(输煤系统、净水站系统、循环水泵房、工业水泵房、燃油泵房等)。 在组态软件的选择上考虑到各子系统均已经过长时间的运行，操作人员对操作方式已经认可，不便做大的改动，保留各子系统组态画面，监控系统采用32，000点的Rsview32作为监控组态软件具体操作如下： 对于原系统中采用Rsview32的子系统处理方法是：利用Rsview32 tool提供的数据库输入/输出向导将该子系统工程文件中的数据tag导出，认真核对后导入我们的新建工程中；对于Display、Event、Macro需要将其对应工程文件夹的文件拷入我们的新建工程中，再打开工程分别导入。 对于组态软件为非Rsview32 的子系统(如Intouch)处理方法是：搞清楚原系统画面构成，然后用Rsview32重新设计画面、建立数据库、对命令语句重新编译。 系统监控画面采用层次型结构设计，各子系统之间很容易切换，直观反映现场工况，且便于操作人员使用，简洁、直观、功能完善是它的最大特点。采用层次型结构便于操作人员完成多个子系统的准确切换，避免由于系统结构繁琐造成的误操作。各子系统也采用相近的功能菜单，切换方便，功能完善，在同一幅主画面内可完成多项操作功能，且各子菜单均为弹出式。监控画面组成结构如图5所示。其中，各子系统均有和#1、2汽水加药子系统相似的子画面，结构图中没有逐个列出。 监控系统包括系统画面生成、事故追忆系统、各种曲线显示和打印、各种报表生成等。监控画面要符合电厂主控DCS系统人机界面的设计风格，按照分级浏览、逐级细化的原则设计画面，采用弹出式窗口、下拉式菜单等多种符合Windows标准的设计手段实现画面的切换和显示，单个画面的工艺流程、信息显示(包括运行参数、状态、故障情况等)和各种曲线要布局合理、生动，色调柔和。事故追忆系统包括所有进入控制系统的事件(如参数、反馈等)以及控制系统本身发生的事件(如卡件或通讯故障等)，所有I/O点均可以曲线的形式显示，为实现系统运行在线分析、诊断提供丰富的数据资源。 参考文献 【1】马国华 监控组态软件及其应用 北京：清华大学出版社 2001. 【2】Rockwell Automation-Allen Bradley ControlNet Network system overview Release 1.5 1998年. 【3】阳宪惠 现场总线技术及其应用 清华大学出版社 1999年6月. 【4】吴秋峰 自动化系统计算机网络 机械工业出版社 2001年2月. 【5】徐皑冬 基于以太网的工业控制网络 信息与控制 2000(2). 【6】http://www.isa.org/bookstore secure&simple Real-time control protocol over enthernet 1998-06.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/24/2006)