FIX組態(tài)軟件在膠帶監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

The application of FIX configuration software in belt band monitoring and control system 摘要：本文結(jié)合祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，介紹了煤礦膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的功能、軟硬件構(gòu)成,并詳細(xì)介紹了FIX組態(tài)軟件的工作原理和它在此系統(tǒng)中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞: 監(jiān)控系統(tǒng) PLC FIX組態(tài)軟件 MPI Abstract: According as the design of belt band monitoring and control system in QiDong coal mine underground, the paper describes the function of belt band monitoring and control system in coal mine underground and introduces the software and hardware components. The operation principle of FIX configuration software and the application of it in this system are explained in detail. Keywords: monitoring and control system PLC FIX configuration software MPI 1、引言 隨著工業(yè)自動(dòng)化控制水平的提高，每個(gè)行業(yè)的廠家都競(jìng)相投入先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備以求在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)。煤炭行業(yè)作為一項(xiàng)支柱產(chǎn)業(yè)同樣面臨著這一挑戰(zhàn)，再加上煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境十分惡劣，許多崗位不宜人工值守，監(jiān)控系統(tǒng)在該環(huán)節(jié)的投入勢(shì)在必行。膠帶運(yùn)輸是煤礦生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，任何一種操作都至關(guān)重要，因此應(yīng)用在監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)的性能必須成熟且可靠。皖北礦務(wù)局祁東煤礦的井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)選用了西門子PLC作為下位機(jī)，選用了比較成熟的監(jiān)控軟件FIX作為上位機(jī)軟件。本文以該系統(tǒng)為例介紹了FIX在煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用。 2、項(xiàng)目背景 皖北祁東煤礦井下受監(jiān)控設(shè)備有：三條膠帶----東翼膠帶，中央主膠帶，西翼膠帶。各膠帶對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)煤倉(cāng)，配倉(cāng)刮板機(jī)，伺服電機(jī)。需要的監(jiān)測(cè)信號(hào)主要有：各膠帶當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息值，配倉(cāng)刮板機(jī)的運(yùn)行情況，如當(dāng)前膠帶起停信息、膠帶帶速、膠帶伺服電機(jī)電流，還有一些故障信息如膠帶跑偏、堵塞、打滑等。需要的控制信號(hào)有：系統(tǒng)起車停車，單臺(tái)設(shè)備起停車，手動(dòng)自動(dòng)選擇，以及某些故障信號(hào)的解鎖恢復(fù)等?？刂浦行脑O(shè)在地面，配合工業(yè)電視和通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)井下膠帶監(jiān)控。 3、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 皖北祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示： 圖1 膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 整個(gè)系統(tǒng)可分為兩層：監(jiān)控管理層和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層，監(jiān)控管理層由兩臺(tái)本地節(jié)點(diǎn)的上位機(jī)和數(shù)臺(tái)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)的客戶機(jī)共同組成C/S結(jié)構(gòu)。本地節(jié)點(diǎn)的上位機(jī)配有CP5611現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡，它可從Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線中獲取PLC等數(shù)據(jù)采集設(shè)備中的數(shù)據(jù)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運(yùn)用了雙機(jī)冗余，將另一臺(tái)工控機(jī)通過(guò)同樣的現(xiàn)場(chǎng)總線接口卡CP5611與現(xiàn)場(chǎng)總線相連，若其中一臺(tái)工控機(jī)發(fā)生故障，另一臺(tái)可繼續(xù)運(yùn)行。各客戶端工作站，亦稱為遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)，配有相同F(xiàn)IX監(jiān)控軟件，通過(guò)FIX監(jiān)控軟件本身的網(wǎng)絡(luò)特性向本地節(jié)點(diǎn)存取設(shè)備的數(shù)據(jù)。 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控層由PLC及其所連接的膠帶信息測(cè)控設(shè)備構(gòu)成，PLC負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制。本系統(tǒng)采用西門子公司300系列的PLC。CPU315-2DP集成了PROFIBUS- DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口裝置。分布式I/O系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，并采用ET200通訊模塊與PROFIBUS- DP相連接。 I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，I/O模塊按主/從模式向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供輸出數(shù)據(jù)并向CPU或上位機(jī)饋送輸入數(shù)據(jù)。 上位機(jī)的FIX監(jiān)控軟件采用MPI驅(qū)動(dòng)程序從Profibus-DP總線上獲取PLC數(shù)據(jù)，完成設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制。 4、監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 軟件結(jié)構(gòu)部分包括Windows NT 操作系統(tǒng)、下位機(jī)編程軟件、上位機(jī)監(jiān)控軟件。 4、1 下位機(jī)編程軟件 PLC程序的編制在上位機(jī)中完成，本系統(tǒng)采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設(shè)置、編程、測(cè)試、調(diào)試和文檔處理。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊(FB、FC)、數(shù)據(jù)塊（DB）構(gòu)成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應(yīng)用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運(yùn)行。功能塊(FB、FC)是用戶子程序。數(shù)據(jù)塊（DB）是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機(jī)監(jiān)控軟件與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口點(diǎn)。在MPI中配置與其相對(duì)應(yīng)的DB塊就可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口。 4、2上位機(jī)監(jiān)控軟件 FIX工控組態(tài)軟件是由美國(guó) Intellution公司開發(fā)的基于 Windows9X&NT的大型應(yīng)用軟件，它集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身，包含動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢(shì)、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件，提供一個(gè)友好的用戶界面，使用戶可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要生成相應(yīng)應(yīng)用軟件。 4、2、1現(xiàn)場(chǎng)到前置機(jī) （1）數(shù)據(jù)采集流程：FIX運(yùn)用I/O驅(qū)動(dòng)程序從設(shè)備中讀寫數(shù)據(jù)，每個(gè)I/O驅(qū)動(dòng)程序支持特定硬件。本系統(tǒng)硬件配置中我們采用了PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)，由于PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的傳送方式同樣可用于MPI網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)采用了MPI驅(qū)動(dòng)程序從設(shè)備獲取數(shù)據(jù)。FIX組態(tài)軟件首先通過(guò)MPI驅(qū)動(dòng)程序軟件接口從現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程硬件中獲取數(shù)據(jù)，存入 DIT驅(qū)動(dòng)程序映像表中 (驅(qū)動(dòng)程序映像表在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)實(shí)際上是一塊內(nèi)存區(qū) )，F(xiàn)IX的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB)通過(guò) SAC程序從DIT表中獲取它所需的數(shù)據(jù)，應(yīng)用軟件 (如 FIX的畫面運(yùn)行程序、報(bào)表生成程序等 )都通過(guò)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)軟件從 FIX內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取來(lái)自過(guò)程硬件的信息，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在工業(yè)流程畫面上動(dòng)態(tài)地顯示現(xiàn)場(chǎng)各過(guò)程硬件的運(yùn)行狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以按相反的順序?qū)懟噩F(xiàn)場(chǎng)過(guò)程硬件，執(zhí)行控制操作。結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2 數(shù)據(jù)采集流程 (2) MPI配置： MPI驅(qū)動(dòng)程序的應(yīng)用中很重要的問(wèn)題是STEP7和FIX的地址轉(zhuǎn)換問(wèn)題，在STEP7中設(shè)置的DB塊應(yīng)與MPI的DB塊相對(duì)應(yīng)，這需要在MPI配置中實(shí)現(xiàn)。對(duì)MPI進(jìn)行配置，包括通道、設(shè)備、起始地址及其它一些參數(shù)，令MPI的DB塊與STEP7中設(shè)置的DB塊相對(duì)應(yīng)。此外，在對(duì)MPI進(jìn)行配置表中地址（ADDRESS）一項(xiàng)中所填的數(shù)字必須小于等于在S7軟件配置中分配DB區(qū)所給定的數(shù)字，否則將導(dǎo)致通訊不成功。例如圖3中ADDRESS為12，則在S7的DB配置中必須大于等于12。配置好MPI后在FIX數(shù)據(jù)庫(kù)塊的地址欄中輸入MPI地址作為I/O地址，那么數(shù)據(jù)就可根據(jù)數(shù)據(jù)塊的掃描時(shí)間的設(shè)置按時(shí)間或事件進(jìn)行刷新。 圖3 MPI 配置表 4、2、2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài) FIX數(shù)據(jù)庫(kù)是由若干塊組成，塊是具有下列某些或全部功能的獨(dú)立單位： · 從其它塊或直接從驅(qū)動(dòng)器映像表接收數(shù)據(jù) · 按指令對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作 · 將數(shù)值輸出到驅(qū)動(dòng)器映像表。 FIX軟件提供了不同類型的塊，每個(gè)塊完成唯一的功能。FIX有兩種標(biāo)準(zhǔn)類型塊，初級(jí)塊和輔助塊。初級(jí)塊可以從驅(qū)動(dòng)器映像表接收數(shù)據(jù)并產(chǎn)生報(bào)警信息，通常初級(jí)塊和一個(gè)或多個(gè)I/O硬件相連。輔助塊從上游塊或初級(jí)塊接受數(shù)據(jù)并完成一個(gè)特定功能。 把塊放到一定位置并連接起來(lái)就構(gòu)成了鏈。鏈完成取數(shù)據(jù)和控制功能，根據(jù)完成的任務(wù)不同，鏈的設(shè)計(jì)也不同。通常，是用某種初級(jí)塊（如模擬量輸入或數(shù)字量輸入）從驅(qū)動(dòng)器映像表中接收數(shù)據(jù)，用輔助塊完成功能設(shè)計(jì)，再用某種初級(jí)塊（如模擬量輸出或數(shù)字量輸出）將數(shù)據(jù)寫入驅(qū)動(dòng)器映像表中。圖4說(shuō)明了數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)。 圖4 數(shù)據(jù)鏈 4、2、3 圖形界面開發(fā)程序 圖形界面開發(fā)程序由 畫面編輯應(yīng)用程序（Draw）和畫面顯示應(yīng)用程序（View）組成。 畫面編輯應(yīng)用程序提供需要制作實(shí)時(shí)畫面的所有功能，如圖形、文字、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫和圖表工具，用戶可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要進(jìn)行畫面組織。畫面顯示給用戶提供命令與圖建立聯(lián)系，用戶可使用各種各樣的方法進(jìn)行畫面的操作。本系統(tǒng)中開發(fā)的主要畫面有： （1）狀態(tài)顯示畫面 如圖5所示，狀態(tài)顯示畫面主要顯示各膠帶當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息值，如當(dāng)前膠帶帶速、儲(chǔ)煤倉(cāng)的倉(cāng)位以及一些故障信息，如膠帶跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的顏色來(lái)表示當(dāng)前狀態(tài)為正常還是異常。 在該畫面中還包含單臺(tái)設(shè)備控制子畫面。盡管系統(tǒng)起停關(guān)系已經(jīng)在STEP7中進(jìn)行組態(tài)編程，但是在某些情況下還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行單臺(tái)控制。如圖5所示，在畫面中點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備按鈕就可對(duì)該設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)控制。數(shù)據(jù)被寫回到現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程硬件中從而進(jìn)行控制操作。 （2）實(shí)時(shí)報(bào)警處理 對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并按技術(shù)要求進(jìn)行處理并自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備控制，如對(duì)膠帶故障信號(hào)的解鎖及其恢復(fù)等。 （3）報(bào)表打印 利用FIX的DDE功能開發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)表并具有隨時(shí)打印功能。 （4） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線顯示 監(jiān)視設(shè)備重要參數(shù)的變化趨勢(shì)曲線，從而可以了解設(shè)備在一段時(shí)間的運(yùn)行狀況。 （5）歷史趨勢(shì)畫面。 功能與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線類似，只是它顯示的是過(guò)去一段時(shí)間設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)值 圖5 現(xiàn)場(chǎng)流程畫面 圖5 現(xiàn)場(chǎng)流程畫面 4、2、4 網(wǎng)絡(luò)功能 （1）局域網(wǎng)絡(luò)功能 利用 Windows98&NT的撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)和FIX組態(tài)軟件本身提供的網(wǎng)絡(luò)功能，可以把現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程硬件的運(yùn)行情況傳到遠(yuǎn)程的監(jiān)控管理層的客戶機(jī)上，使監(jiān)控管理層的客戶機(jī)能像運(yùn)行本地計(jì)算機(jī)一樣享有遠(yuǎn)程工業(yè)計(jì)算機(jī)的資源，及時(shí)了解遠(yuǎn)程工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況。 FIX通過(guò)把PC連網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式處理。FIX目前支持Net BIOS和TCP/IP接口進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)通信。FIX的局域網(wǎng)組合是非常簡(jiǎn)單的，具體為：以太局域網(wǎng)中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行帶KEY的fix，安裝時(shí)選擇網(wǎng)絡(luò)版，其中fix的節(jié)點(diǎn)名必須和局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)名一致，另外，在SCU的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中應(yīng)選擇TCP/IP協(xié)議，在remote nodes中添加彼此的節(jié)點(diǎn)名。在運(yùn)行任務(wù)中最好加上NETDIAG.EXE程序（在fix安裝的根目錄下）。這樣在彼此的