力控在石化行業(yè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文通過(guò)應(yīng)用力控軟件和開(kāi)發(fā)相關(guān)接口軟件實(shí)現(xiàn)霍尼韋爾TDC3000實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，并使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)入統(tǒng)一UNIFORMANCE PHD生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，重點(diǎn)論述了力控軟件結(jié)構(gòu)、功能和接口軟件的開(kāi)發(fā)。通過(guò)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行表明建立在此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)上裝置監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、操作方便、監(jiān)控效果良好。

前言

　　石化行業(yè)是高度自動(dòng)化、連續(xù)化生產(chǎn)的行業(yè)，因此各裝置自動(dòng)化程度都非常高，基本都采用DCS集散型控制系統(tǒng)進(jìn)行裝置生產(chǎn)，由于使用了以計(jì)算機(jī)為主的集散型控制系統(tǒng)使裝置采集工藝信息和操作信息能力的大大提高，工藝管理和控制的水平大大提高，共享信息的能力大大提高。因此在此基本上建立一個(gè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，對(duì)提高裝置信息化管理水平有著重大的戰(zhàn)略意義。

力控組態(tài)軟件簡(jiǎn)介

　　力控是運(yùn)行在Windows98/NT/2000/XP操作系統(tǒng)上的一種組態(tài)軟件。使用力控，用戶可以方便、快速地構(gòu)造不同需求的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)軟件指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件，它們是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式（而不是編程方式）提供良好的用戶開(kāi)發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能，并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和I/O設(shè)備，與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合，可向控制層和管理層提供軟、硬件的全部接口，進(jìn)行系統(tǒng)集成。

　　力控軟件的組成，力控軟件由以下幾個(gè)主要部分組成：

　　1）工程管理器

　　工程管理器用于創(chuàng)建工程、工程管理等。

　　2）開(kāi)發(fā)系統(tǒng)（Draw）

　　開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是一個(gè)集成環(huán)境，可以創(chuàng)建工程畫面，配置各種系統(tǒng)參數(shù)，啟動(dòng)力控其他程序組件等。

　　3）界面運(yùn)行系統(tǒng)（View）

　　界面運(yùn)行系統(tǒng)用來(lái)運(yùn)行由開(kāi)發(fā)系統(tǒng)Draw創(chuàng)建的畫面。

　　4）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)（DB）

　　實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是力控軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理核心，構(gòu)建分布式應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。它負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理等。

　　5）I/O驅(qū)動(dòng)程序

　　I/O驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)力控與I/O設(shè)備的通信。它將I/O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)讀出后，傳送到力控的數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在界面運(yùn)行系統(tǒng)的畫面上動(dòng)態(tài)顯示。

　　6）網(wǎng)絡(luò)通信程序（NetClient/NetServer）

　　網(wǎng)絡(luò)通信程序采用TCP/IP通信協(xié)議，可利用Intranet/Internet實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上力控之間的數(shù)據(jù)通信。

　　7）串行通信程序（SCOMClient/SCOMServer）

　　串行通信程序采用串行通信方式。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間，使用RS232C/422/485接口，可實(shí)現(xiàn)一對(duì)一（1：1方式）的通信；如果使用RS485總線，還可實(shí)現(xiàn)一對(duì)多臺(tái)計(jì)算機(jī)（1：N方式）的通信。

　　8）撥號(hào)通信程序（TelClient/TelServer）

　　撥號(hào)通信程序使用電話撥號(hào)方式進(jìn)行通信。任何地方與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間，只要能撥打電話，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，唯一需要的是Modem和電話線。

　　9）Web服務(wù)器程序（Web Server）

　　Web服務(wù)器程序可為處在世界各地的遠(yuǎn)程用戶實(shí)現(xiàn)在臺(tái)式機(jī)或便攜機(jī)上用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　霍尼韋爾公司的UNIFORMANCE PHD是一套成熟石化行業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)該系統(tǒng)也可作為生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用平臺(tái)。該系統(tǒng)具有采集工藝過(guò)程數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)不限、用戶數(shù)不限、能與多種型號(hào)的DCS系統(tǒng)互聯(lián)、擴(kuò)展性好、用戶界面可與OFFICE等桌面軟件無(wú)縫連連、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。

　　雖然UNIFORMANCE PHD能與多種型號(hào)的DCS系統(tǒng)互聯(lián)，但并不能與所有的DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。如霍尼韋爾自己TDC3000系統(tǒng)，如果軟件版本不升級(jí)就無(wú)法實(shí)施實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，在實(shí)際的應(yīng)用中我們就碰到這樣的問(wèn)題，有一套裝置DCS 是TDC3000系統(tǒng)目前版本為R510，但軟件版本由于多種原因一直沒(méi)有升級(jí)，而且該裝置先前已經(jīng)實(shí)施了APC（先進(jìn)生產(chǎn)控制系統(tǒng)）系統(tǒng)，且系統(tǒng)運(yùn)行非常穩(wěn)定，如果為了進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)數(shù)據(jù)采集對(duì)軟件進(jìn)行升級(jí)，就需要承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)即DCS軟件升級(jí)后是否能與運(yùn)行中的APC軟件兼容等一系列問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了多個(gè)方案的選擇，最終我們選定了北京三維力控科技有限公司的力控力控組態(tài)軟件作為數(shù)據(jù)采集的中間軟件，使用該軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集不需要對(duì)原TDC3000 DCS進(jìn)行升級(jí)，同時(shí)在力控組態(tài)軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)使采集數(shù)據(jù)進(jìn)入U(xiǎn)NIFORMANCE PHD系統(tǒng)。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)原理圖如下：

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)主要功能

　　1）數(shù)據(jù)采集

　　采集DCS系統(tǒng)的裝置生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括壓力、溫度、流量、液位、氣體濃度、產(chǎn)品指數(shù)等數(shù)據(jù)。

　　2）動(dòng)態(tài)顯示

　　將工藝流程圖通過(guò)組態(tài)軟件真實(shí)地反映在動(dòng)態(tài)體流程圖上，同時(shí)與DCS操作畫面保持一致，顯示各測(cè)量點(diǎn)的參數(shù)變化趨勢(shì)，并使畫面具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)效果。位號(hào)趨勢(shì)圖和數(shù)據(jù)詳細(xì)列表如下：

圖2 位號(hào)趨勢(shì)圖

圖3 數(shù)據(jù)詳細(xì)列表

　　3）監(jiān)控操作

　　完成各工位的參數(shù)設(shè)定，并對(duì)溫度、液位、流量和壓力進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)。流程圖如下：

圖4流程圖

　　4）操作畫面

　　在操作畫面上可查詢各控制點(diǎn)的溫度、液位、流量等實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，并可按要求設(shè)定和打印出實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表。

2. 系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡(luò)

　　以企業(yè)現(xiàn)有的聯(lián)通所有生產(chǎn)裝置的以太局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，由一臺(tái)PC機(jī)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集機(jī)，即數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，用以存在所有生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)；在網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房設(shè)置一臺(tái)為主服務(wù)器，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)主服務(wù)器，用以存在所有生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房設(shè)置一臺(tái)WEB服務(wù)器，作為生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)布平臺(tái)，所有接入內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)用戶都可通過(guò)瀏覽器分級(jí)查看裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息。

　　網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的操作系統(tǒng)為Windows NT 4.0，客戶端為Windows95、98、2000等操作系統(tǒng)，通過(guò)使用客戶端軟件可實(shí)現(xiàn)管理功能，如管理部門所需數(shù)據(jù)的記錄報(bào)表、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。系統(tǒng)通過(guò)此服務(wù)器與企業(yè)Intranet及Internet相連，以實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)的信息交互。

3.系統(tǒng)聯(lián)接與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

　　1）DCS與采集機(jī)相聯(lián)

　　定做霍尼韋爾TDC3000專用同軸電纜，一頭與DCS打印機(jī)口相聯(lián)，另一頭與采集機(jī)COM相聯(lián)。

　　2）采集機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)

　　采集機(jī)安裝以太網(wǎng)卡，通過(guò)五類網(wǎng)線接入裝置內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)光纖接入中心機(jī)房主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

　　3）主服務(wù)器和WEB服務(wù)器接入網(wǎng)絡(luò)

　　主服務(wù)器和WEB服務(wù)器為保證網(wǎng)絡(luò)帶寬和速度，放置在中心機(jī)房并采作快速以太網(wǎng)接入主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

4.軟件開(kāi)發(fā)和組態(tài)

　　4.1 TDC3000發(fā)送接口軟件開(kāi)發(fā)和組態(tài)

　　此TDC3000控制系統(tǒng)LCN網(wǎng)絡(luò)上的UxS 節(jié)點(diǎn)是基于HP 的Unix操作系統(tǒng)平臺(tái)的工作站。系統(tǒng)當(dāng)前采用的Honeywell軟件版本為UxS R200（其中HP Unix系統(tǒng)版本為R9.05；UxS屬性版本為Personality R510，Honeywell系統(tǒng)軟件為R510）。

　　經(jīng)過(guò)多次開(kāi)發(fā)和調(diào)試，完成了Unix工作站上專用接口軟件的開(kāi)發(fā)，此接口軟件主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)向工廠信息網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)的功能，即由此軟件負(fù)責(zé)向打印口發(fā)送裝置數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶需要數(shù)據(jù)的采集的在此軟件中對(duì)所有相關(guān)位號(hào)進(jìn)行了組態(tài)，即經(jīng)過(guò)組態(tài)的數(shù)據(jù)可以采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。TDC3000發(fā)送數(shù)據(jù)包如圖：

圖5 TDC3000發(fā)送數(shù)據(jù)包

　　4.2 TDC3000接收接口軟件開(kāi)發(fā)

　　在采集端開(kāi)發(fā)了專用的TDC3000串口數(shù)據(jù)通信協(xié)議軟件，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)DCS送出的加密數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，然后把數(shù)據(jù)送至三維力控的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　TDC3000串口接收數(shù)據(jù)通信協(xié)議如圖：

圖6 TDC3000串口接收數(shù)據(jù)通信協(xié)議

　　4.3力控接口軟件開(kāi)發(fā)和組態(tài)

　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)所有接收到數(shù)據(jù)的存貯必須對(duì)所有位號(hào)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行組態(tài)，組態(tài)信息包括位號(hào)名稱、數(shù)據(jù)類型、單位、上下限等十幾個(gè)參數(shù)據(jù)，通過(guò)組態(tài)保證所有通過(guò)DCS送出的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存貯到力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

　　力控2.62工程管理器如圖：

圖7 力控 2.62工程管理器畫面

　　力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)如圖：

圖8 力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)瀏覽畫面

　　4.4 PHD RDI軟件開(kāi)發(fā)

　　為了使裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)送入統(tǒng)一的UNIFORMANCE PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，必須開(kāi)發(fā)一個(gè)力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)UNIFORMANCE PHD的數(shù)據(jù)接口，由于UNIFORMANCE PHD提供了接口開(kāi)發(fā)規(guī)范，根據(jù)規(guī)范我們用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)一個(gè)PHD接口軟件，實(shí)現(xiàn)力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)發(fā)送至PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。PHD接口軟件使用必須與PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，因此在采集機(jī)上我們又安裝了PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理畫面如圖。

圖9 PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理畫面

　　PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)瀏覽

圖10 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)瀏覽畫面

　　4.5 PHD組態(tài)

　　PHD實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)采集是基于RDI接口的，因此在PHD服務(wù)器上對(duì)RDI接口進(jìn)行參數(shù)的配置，同時(shí)對(duì)所有采集位號(hào)進(jìn)行組態(tài)，保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和可信。

　　4.6 操作界面開(kāi)發(fā)

　　通過(guò)開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)與操作人員間的交互界面，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視、控制、調(diào)度和管理。

　　用戶界面分兩部分：

　　1）用于日常監(jiān)視、流程圖的主界面

　　2）用于非日常監(jiān)視信息、各種報(bào)表、趨勢(shì)圖

　　同時(shí)對(duì)工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)通過(guò)一覽表的形式來(lái)匯總。系統(tǒng)組態(tài)的過(guò)程實(shí)質(zhì)是把組態(tài)顯示界面上的按鈕、報(bào)警以及生產(chǎn)趨勢(shì)圖形等與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行設(shè)備或儀表建立對(duì)應(yīng)連接，使操作員在操作站通過(guò)系統(tǒng)組態(tài)畫面了解現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備和儀表運(yùn)行情況。

5．結(jié)束語(yǔ)

　　我們通過(guò)采用第三方軟件技術(shù)的組態(tài)軟件建立了裝置的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)半年多的試運(yùn)行表明：該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，監(jiān)控程序功能完善，提供多種通用接口，與其它系統(tǒng)結(jié)合能力強(qiáng)，是一套理想的生產(chǎn)裝置實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。