基于iFIX的选矿生产SCADA系统的实现 - 文章

基于iFIX的选矿生产SCADA系统的实现

作者：东南大学自动化学院顾伟臣

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摘要：阐述了选矿控制系统中HMI 的设计要求，确定了选用iFIX 组态软件做HMI 的设计。具体介绍了SCADA系统的HMI 实现方法，通过实践说明iFIX 使整个自动化系统更加灵活、可靠，选用iFIX极大地提高了投资回报率，降低了生产成本。
关键词：iFIX，SCADA， PLC，人机界面

随着技术的发展和管理要求的提高及节能降耗的要求，需选矿生产提高自动化水平、实现管控一体化，实现全面的数字化管理。为了达到上述要求，首先必须实现选矿现场数据采集、过程监控功能，在此基础上再实现集中控制联网监控功能，之后实现实时监控信息系统。

本文以某公司的选矿生产流程为例，基于构造一个可靠、方便、灵活的监控系统和数据采集系统的目的，选择iFIX 组态软件来实现生产过程中的监控。以下主要介绍某选矿自动化系统的控制要求，iFIX 组态软件的特点及SCADA 系统的实现。

1 SCADA 系统中组态软件的选择

1．1 系统概况

选矿工艺包括：中碎、细碎、磨矿、分级、浮选等主辅工序，根据工艺流程要求及集散控制理论，分别在中碎、细碎、磨矿、环水等设立PLC 控制站，中央控制室设立集中监控中心。该系统的特点是监控中心通过网络与各分控站交换数据，各分控站根据控制程序独立控制该工艺环节的所有被控设备，当系统网络中断时也不影响该分控站的运行，或某一分控站出现故障时不会影响其他分控站的运行，系统具有较高安全性和可靠性。

1．2 控制要求

根据系统的特点和操作工艺对组态软件提出如下要求

·组态画面按照系统控制结构图设计，反应整个工艺流程；
·画面清晰逼真，运行时具有动态效果，以颜色的变化来反应设备的工况；以数值、曲线或棒图来反应模拟量的变化，报警状态用较为显眼的颜色变化和声音来警示；
·画面设计按照主画面嵌套子画面形式，逐层展开；
·可存储所有的运行数据，定时将历史数据备份到其他存储介质中；
·数据可以用实时趋势图和历史趋势图来显示；
·安全分级，不同类型的操作者有不同的操作级别，不同的操作人员有不同的操作密码；
·工艺参数需平凡改变且更改方便；
·能把不同协议的控制器及仪表集成在一完整的系统中；
·SCADA 系统需融入现有的MIS 系统；
·系统兼容性强，升级改造简单、方便。

1．3 组态软件的选择

根据以上要求，对比国内外组态软件，最终选择iFIX。iFIX 的设计在软件内核中充分使用了当前最先进的软件技术[1]，包括微软的VBA、OPC、ODBC、ADO、ActiveX 控件、COM/DCOM 使用了基于面向对象的框架结构，iFIX 能实施高性能的自动化解决方案，而且使系统的维护、升级和扩展更加方便。以下是iFIX 的一些先进的技术特点：

·功能强大的即插即解决技术；
·组件对象结构；
·集成发展环境Workspace TM；
·VBA (Visual Basic for Application)脚本；
·高通用性的OPC（OLE for Process Control）技术；
·增强的安全性和可靠性，强大的冗余功能；
·强大的图形功能、报警功能及历史数据功能；
·自定义的专家向导、功能按钮及配方功能；
·强大的网络功能，真正的分布式网络结构；
·无可比拟的开放性，为系统未来的升级做好了铺垫。

2 系统的硬件

在选矿生产过程中，中碎和细碎现场控制站PLC 选用了OMRON 公司的CS 系列产品，而在磨矿和环水系统的现场控制站PLC 选用了SIEMENS 公司的S7—300 系列产品部分仪表需通过OPC 与系统通讯。在整个系统中，计算机与OMRON PLC 之间的信息交换通过Control Link 网进行，计算机与SIEMENS PLC 之间的信息交换通过Profibus 网进行，部分仪表需通过OPC 与系统通讯。在本系统的实现中，SCADA 系统采用一台服务器工作，另外有一台热备份的方式来实现冗余，通过采用这种结构，则系统得可靠性、稳定性得到了极大的提高，此外系统还有一台Terminal Server 及若干Client。其结构如图1 所示。

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图1 系统硬件结构图

SCADA服务器主要负责从PLC上取得数据，而用户则通过Client远程登录到iFIX终端服务器上对现场进行监视或控制。远端的用户可由因特网拨入VPN，通过远程桌面连接（RDC）（Windows XP和Windows Server 2003），远程终端就可以通过IE5.0或更高版本的浏览器就可以连接并访问终端服务器上的iFIX，而且连接服务器的客户端计算机不需要具备通常行iFIX所必须的处理能力，使得客户端的运行平台可以是Win95到Windows Server 2003十分地方便。

3 基于iFIX 的SCADA 系统的具体实现

3．1 与底层PLC的通信

在SCADA服务器启动以后，会载入一个过程数据库，这个过程数据库接收来自PLC的数据。所以在iFIX中必须建立所需的数据库来对应PLC中的数据，现场数据传入映像表中，而后再经过扫描、报警，控制程序传输到过程数据库。这样，在组态应用中就可以利用内部数据库访问功能来取数据了。iFIX能与绝大部分PLC、DCS通讯，并且可通过OPC与任意支持OPC的控制器、仪表通讯。

3． 2 人机界面

在过程数据库中采集到现场数据后，就可以用iFIX来创建动态画面，以此给监控、操作和管理人员提供直观的生产流程、必要的报警提示和一些生产数据。选矿破碎生产根据测点的分布区域划分为以下几个主要部分：放矿机、中碎机、细碎机、皮带组等。iFIX中提供有颇为丰富的图符集，通过人机界面可以形象、直观的将生产工作状态，各种所需的数据显示出来。从图2可以看出，用iFIX组态的人机界面具有画面清晰逼真等特点，而且数据可以用实时趋势图和历史趋势图来显示；画面运行时具有动态效果，以颜色的变化来反应设备的工况，以数值、曲线或棒图来反应模拟量的变化，报警状态用较为显眼的颜色变化和声音来警示。

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图2 iFIX组态的破碎部分人机界面

3． 3 报警实现

特别对于某些敏感的数据，如物位、频率之类，需要严格控制在某些范围之内，这时就可以通过数据块设置上限、下限、上上限、下下限来实现实时报警。如果采集的数据一旦超出范围，就可以通过蜂鸣器和报警颜色的闪烁来提醒监控或管理人员。用户还可使用iFIX的报警数据库来查阅以前的报警。iFIX提供分配报警区域的功能，管理人员可根据需要创建报警区（iFIX自身提供了16个缺省报警区，分别从A到P），这样一旦哪个区域出现状况，就能十分直观明了地体现出来。

3． 4 历史数据及其趋势图

监控、管理人员往往需要通过历史数据来分析产品在生产中可能发生的各种问题，例如跟踪分析生产过程等。iFIX在这个方面就提供了强大的支持功能。启动“历史定义”就可以定义SCADA节点（包括本地节点与远程节点）的采集组。每个采集组中就存储着管理人员所需要的各个采集点的标签名。设置完之后，就可以在“任务控制”里启动“历史数据采集”。在历史数据的采集过程中，还可以在“任务控制”中查看是否有数据超载的情况发生。若发生超载，则说明采组中设置的速度不匹配，这样则会导致某些数据块的值丢失。超载如果重复发生，则可能表示采集组的相位不匹配需调整以减少超载的发生。

在本系统中，用VBA开发了如图3所示的历史曲线查询界面，这种树状结构可直观地查询各变量的历史数据，在这个界面上还加了历史笔的设置和数据前后滚动按钮。

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图3 历史曲线界面

3．5 配方的实现

在实际的生产过程中，往往要用到配方，这样能极大提高生产效率。iFIX中自带有配方编辑器，它提供生成、修改、删除、上装以及下载配方等功能。

3．6 与数据库的连接

iFIX虽然能够提供历史数据的查询，但是管理人员往往需要保存几个月甚至几年的数据，这时就需要利用专门的数据库来保存历史数据。且矿业公司需要把SCADA系统融入原有的信息管理系统，信息管理系统采用MS SQL Server 2000数据库，则需要用到iFIX的ODBC来访问数据源。

通过ODBC，SCADA系统可无缝地融入信息管理系统，管理人员就在信息管理系统中了解生产情况，做到管控一体化。

4 结束语

本系统由于采用了SCADA冗余结构，因此具有较好的稳定性。iFIX组态软件提供直观的动态画面，十分明了易懂。通过在选矿集散控制系统中的应用，充分体现了iFIXHMI/SCADA软件强大的组态功能、网络功能，其开放的体系结构方便地集成其他第三方组件，并定制用户化的系统环境，这些强大的功能减少了工程设计实施时间，简化系统的升级和维护，同时还能使iFIX和其他第三方应用无缝的集成，显著地提高生产率。

参考文献：
[1] Intellution iFIX快速上手[Z].GE Fanuc自动化.2005.9：2-3
[2] Intellution iFIX网络配置指南[Z].GE Fanuc自动化.2004.6：55-70
[3] Intellution iFIX培训手册[Z].GE Fanuc自动化.2001.12：60-90(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/19/2010)


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