工控組態(tài)軟件功能分析及其在工業(yè)控制中的應用

三維力控® ForceControl工控組態(tài)軟件是一個基于Windows環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、處理和控制軟件包。利用該組態(tài)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作，即可構成所需的軟件功能，它正以其便捷的軟件開發(fā)性能、易維護性和較低的開發(fā)費用而成為國內計算機控制系統(tǒng)的主流軟件。 一、組態(tài)軟件功能分析 (1)DRAW功能強大的人機界面組態(tài)工具。豐富的畫面顯示組態(tài)功能組態(tài)軟件提供給用戶豐富強大的繪圖編輯、動畫連接和腳本工具。DRAW是集成的開發(fā)環(huán)境，它使用面向對象的圖形對象創(chuàng)建動畫式顯示窗口，同時它還為開發(fā)者提供了大量常用的工業(yè)設備圖符、儀表圖符、趨勢圖、歷史曲線、報警對象等功能，它使用面向對象的圖形對象創(chuàng)建動畫式顯示窗口。這些窗口的數(shù)據(jù)，圖形顯示可以來自過程I/O或Microsoft Windows第三方應用程序。 (2)VIEW高可靠、快速的圖形界面運行系統(tǒng)。VIEW用來運行由DRAW創(chuàng)建的圖形窗口，支持的畫面數(shù)量不受限制，數(shù)據(jù)刷新速度快于5ms。軟件提供工業(yè)標準數(shù)字模型庫和控制功能庫，滿足用戶所需的測控要求，能夠對測控信息進行記錄存儲、顯示計算、分析、打印，界面操作靈活方便，為保證數(shù)據(jù)安全性，還設有口令保護功能。 (3)DB先進的分布式實時數(shù)據(jù)庫。DB是整個系統(tǒng)的核心、構建分布式應用系統(tǒng)的基礎。它負責整個力控®應用系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、報警信息處理、數(shù)據(jù)服務請示處理。DB與DRAW構成服務器/客戶機模式，各網絡節(jié)點上的DB通過網絡服務程序可以構建成復雜的分布式網絡應用系統(tǒng)。單機數(shù)據(jù)處理能力超過1萬點，歷史數(shù)據(jù)可以保存10年以上，網絡數(shù)據(jù)處理能力超過5萬點。 (4)I/O Server即I/O驅動程序。I/O Server完成與各種檢測、控制設備的通信，負責從過程I/O設備讀取實時數(shù)據(jù)，同時將來自圖形界面和實時數(shù)據(jù)庫的控制命令寫入I/O設備。DB與I/O Server構成服務器/客戶計算模式。I/O Server由很多單體程序構成，每個單體程序能夠完成特定設備的通信功能，支持大多數(shù)主流控制設備生產商所提供的硬件。 (5)NetClient和NetServer高性能的網絡通信服務程序。在NetClient和NetServer內部采用的TCP/IP通信協(xié)議，它保證用戶可以充分利用Intranet或Internet的網絡資源，保證數(shù)據(jù)刷新速度快于5ms，網絡數(shù)據(jù)處理能力超過5萬點。 二、三維力控®Force Control組態(tài)軟件在大慶管修廠鉆桿磨擦焊生產線監(jiān)控系統(tǒng)中的應用 依據(jù)上述對組態(tài)軟件的功能分析，結合鉆桿磨擦焊生產線自動控制系統(tǒng)的實際情況，選擇了三維力控®組態(tài)軟件作為此工控系統(tǒng)的上位機監(jiān)控軟件?；谝陨峡紤]其數(shù)據(jù)采集和控制器件采用日本OMRON CQM1H系列PLC、宇光溫控儀、美國RETEC測溫儀和日本TOSHIBA變頻器；網絡連接采用RS485總線傳輸，連接距離1.5公里，通信速率9600波特率；計算機采用研華工控機1GHz、256M內存、30G硬盤、20寸菲利浦大屏幕顯示器；通訊適配器采用RS232C/RS484 RS422信號轉換適配器。 本生產線監(jiān)控系統(tǒng)為單機集中式控制系統(tǒng)，今后還可以通過電話撥號網絡或Intranet把工控機連接到各管理部門工作站上，以實現(xiàn)集中式管理。在設計時考慮到：如果工控機出現(xiàn)故障不能工作，操作員可以在生產線現(xiàn)場對每一條生產線進行控制，回到傳統(tǒng)的手動控制方式。 整個工控系統(tǒng)硬件控制模式如下圖。 1、 磨擦焊生產線概況與監(jiān)控要求 ⑴生產概況：磨擦焊生產共有三條，退火生產線、淬火生產線和回火生產線?？刂葡到y(tǒng)基本的分布情況是：退火定位信號2點、上料信號1點、中頻感應圈溫度信號1點；淬火定位信號4點、上料信號1點、中頻感應圈溫度信號1點；回火定位信號2點、上料信號1點、中頻感應圈溫度信號1點。 ⑵監(jiān)控要求：監(jiān)系統(tǒng)應滿足以下要求。 ①信號采集：信號采集包括對標準數(shù)據(jù)信號的采集和對中頻感應圈溫度信號等非標準數(shù)據(jù)信號的采集。 ②監(jiān)控操作：監(jiān)控操作包括操作控制、參數(shù)設定等。 ③動態(tài)顯示：包括動態(tài)流程圖顯示、報警顯示、實時溫度曲線顯示等。 ④操作畫面：通過畫面操作可查詢與管理生產系統(tǒng)，如打印實時報表和歷史報表，并可任意設定打印的歷史報表的時刻。 ⑤系統(tǒng)具備可擴展性。 2、軟件設計 根據(jù)生產線的實際情況和監(jiān)控要求，此工控系統(tǒng)共組態(tài)DI（數(shù)字量輸入）36路；DO（數(shù)字量輸出）32路；AI（模擬量輸入）16路；AO（模擬量輸出）3路。應用系統(tǒng)主要開發(fā)了24個顯示畫面，畫面內容豐富，包括了如模擬表盤、數(shù)字表、趨勢圖、總貌圖、歷史曲線、實時溫度曲線、歷史報警、生產流程圖、生產報表和在線幫助等十多種顯示組件。在系統(tǒng)中采用了兩種方法來處理輸入/輸出量的控制：一是不需要控制，數(shù)據(jù)從現(xiàn)場采集到工控機后，可以直接在顯示器顯示；二是需要進行判斷、計算的各種參數(shù)和變量，需要經過相應模塊的計算、判斷、編程，然后再進行顯示、輸出和控制。 ⑴數(shù)字量信號：現(xiàn)場電磁閥及報警信號的檢測采用CQM1H系列PLC完成，力控®I/O驅動程序負責完成PLC數(shù)據(jù)的讀／寫操作。 ⑵模擬量信號：中頻感應圈溫度信號由美國RETEC測溫儀采集后送往宇光溫控儀，溫控儀將信號轉換為數(shù)字信號再采用RS485與上位機中的力控®軟件通信由其處理采集到的信號，將其測量值與上限報警值相比較據(jù)此產生超溫報警信號，并在顯示器上顯示。 ⑶智能通信傳送：由于一臺上位機同時監(jiān)控三條生產線，所以必須對各條生產線的PLC及溫控儀等控制設備加以區(qū)分。本系統(tǒng)中將不同的PLC及溫控儀賦以不同的站點號來加以區(qū)分。 ⑷顯示畫面：根據(jù)工藝提出的生產要求，力控®軟件操作畫面的設計采用主菜單的形式。并且在每幅畫面中分別有按鈕進行切換，畫面包括主菜單、動態(tài)流程圖及溫控曲線畫面、報表畫面、報警畫面、歷史數(shù)據(jù)查詢畫面等。 在流程圖畫面中（如下圖），根據(jù)流程圖當前批示顏色和閃爍狀態(tài)可以確定現(xiàn)場各條生產線此時所處的工作狀態(tài)。例如：退火流程圖監(jiān)控下的圓形回退指示塊此時顯示為紅色且在不斷閃爍，這說明淬火生產線上的鉆桿當前正處于回退的操作中。 當系統(tǒng)發(fā)生異常報警時，實時報警畫面自動彈出（如下圖），并且在畫面右上方的報警指示燈在不斷閃爍，同時上位機發(fā)出報警鈴聲，以警告操作者。根據(jù)報警顯示畫面中給出的異常位號和注釋，可以判斷出是哪部分出現(xiàn)了異常和異常情況的類型。 通過點擊歷史報警按鈕，還可以查詢過去曾經發(fā)生過的所有報警情況。 ⑸DDE動態(tài)數(shù)據(jù)鏈接（客戶程序和服務器程序之間的動態(tài)數(shù)據(jù)通信方式）：服務器方檢測數(shù)據(jù)變化，當數(shù)據(jù)一旦發(fā)生變化則服務器方自動將變化過的數(shù)據(jù)發(fā)向客戶方面而不需客戶方的請求。在組態(tài)應用程序時需要給出DDE的定義，包括服務（Service）和主題（Topic）。服務就是服務器程序的名字，本程序中為EXCEL；主題就是服務器程序提供服務名，即EXCEL的各個工作表。 3、系統(tǒng)調試及運行情況 應用腳本程序編制時，一定要考慮通信的速度。如果不停地循環(huán)地向控制器（PLC）下置數(shù)據(jù)，會影響數(shù)據(jù)采集速度。因此，向PLC發(fā)送控制命令的程序動作應該盡量放在數(shù)據(jù)改變腳本中執(zhí)行。 根據(jù)不同的設備可以反復調整系統(tǒng)參數(shù)的配置，使之達到最佳工作狀態(tài)，因為不同的設備對采集速率有不同的要求。重要的控制功能由穩(wěn)定可靠的PLC去完成，這樣當上位機出現(xiàn)故障時就不會影響現(xiàn)場控制，做到危險分散、集中控制。 經過近二年的實際應用，結果表明：大慶管修廠磨擦焊車間自從鉆桿磨擦焊生產線微機監(jiān)控系統(tǒng)投入使用以后，大大地提高了勞動效率、產品合格率，而且降低了工作強度、簡化了操作和維修、降低了生產費用、車間的經濟效益得到了顯著的提高。 三、結束語 目前，在我國大多數(shù)工業(yè)企業(yè)中對生產設備進行聯(lián)網管理調度的要求日益迫切，因此組態(tài)軟件得到了迅速發(fā)展，代表產品有組態(tài)王、Intouch、Fix、力控、Genie以及Siemens公司組態(tài)軟件等。開發(fā)人員可根據(jù)具體的控制系統(tǒng)、控制對象和用戶的具體要求選用合適的組態(tài)軟件。 參考文獻 1、《監(jiān)控組態(tài)軟件及其應用》 清華大學出版社 2001 2、《微機接口技術》邵時主編 清華大學出版社 2004 3、《過程控制系統(tǒng)》涂植項、朱麟章 機械工業(yè)出版 1987