工控組態軟件及其應用

　　摘要： 本文介紹了工控組態軟件的基本組成和特點，并結合一個工程實際詳細闡述了如何利用組態軟件構建一個監控系統。
　　關鍵詞：組態 軟件 監控系統 Rsview32
　　Abstract: This paper introduces the basic elements and characteristics of supervisory control configurable software. Based on a project, an example how to design a supervisory system with configuration software is given.
　　Keywords: configuration; software; supervisory control system; Rsview32
　　1 引言
　　組態一詞來源于英文單詞Configuration,“組態軟件”作為一個專業術語,到目前為止,并沒有一個統一的定義。從組態軟件的內涵上說組態軟件是指在軟件領域內,操作人員根據應用對象及控制任務的要求,配置(包括對象的定義、制作和編輯，對象狀態特征屬性參數的設定等)用戶應用軟件的過程,也就是把組態軟件視為“應用程序生成器”。從應用角度講組態軟件是完成系統硬件與軟件溝通、建立現場與監控層溝通的人機界面的軟件平臺,它的應用領域不僅僅局限于工業自動化領域。而工業控制領域是組態軟件應用的重要陣地，伴隨著集散型控制系統DCS (Distributed Control System)的出現組態軟件已引入工業控制系統。在工業過程控制系統中存在著兩大類可變因素:一是操作人員需求的變化;二是被控對象狀態的變化及被控對象所用硬件的變化。而組態軟件正是在保持軟件平臺執行代碼不變的基礎上通過改變軟件配置信息(包括圖形文件、硬件配置文件、實時數據庫等),適應兩大不同系統對兩大因素的要求，構建新的監控系統的平臺軟件。以這種方式構建系統既提高了系統的成套速度,又保證了系統軟件的成熟性和可靠性,使用起來方便靈活,而且便于修改和維護。

　　2.1 工控組態軟件的組成

　　無論是美國Wonderware公司推出的世界上第一個工控組態軟件Intouch還是現在的各類組態軟件，從總體結構上看一般都是由系統開發環境(或稱組態環境)與系統運行環境兩大部分組成。系統開發環境是自動化工程設計師為實施其控制方案，在組態軟件的支持下進行應用程序的系統生成工作所必須依賴的工作環境，通過建立一系列用戶數據文件，生成最終的圖形目標應用系統，供系統運行環境運行時使用。系統運行環境是將目標應用程序裝入計算機內存并投入實時運行時使用的,是直接針對現場操作使用的。系統開發環境和系統運行環境之間的聯系紐帶是實時數據庫，它們三者之間的關系如圖2所示。

　　2.2 Rsview32組態軟件的特點

　　Rockwell RSView32工控組態軟件是美國Rockwell公司生產的標準PC平臺上的一種組態軟件，它是以MFC(微軟基礎類庫)、COM(組件對象模型)技術為基礎的運行于Microsoft Windows9X/Windows NT環境下的HMI(人機接口)軟件包。它的主要功能可以從以下幾個方面進行分析：

　　? 組態軟件完善，功能多樣

　　Rockwell RSView32組態軟件提供工業標準數學模型庫和控制功能庫，組態模式靈活，能滿足用戶所需的測控要求。RSView32對測控信息的歷史記錄進行存儲、顯示、計算、分析、打印，界面操作靈活方便，具有雙重安全體系，數據處理安全可靠。

　　? 豐富的畫面顯示組態功能

　　Rockwell RSView32組態軟件提供給用戶豐富方便的常用編輯工具和作圖工具，提供大量的工業設備圖符、儀表圖符，還提供趨勢圖、歷史曲線、組數據分析圖等；提供十分友好的圖形化用戶界面GUI(Graphics User Interface),包括一整套Windows風格的窗口、彈出菜單、按鈕、消息區、工具欄、滾動條、監控畫面等。畫面豐富多彩，為設備的正常運行、操作人員的集中監控提供了極大的方便。

　　? 強大的通信功能和良好的開放性

　　Rockwell RSView32組態軟件向下可以通過Winteligent LINK，OPC，OFS等與數據采集硬件通信；向上通過TCP/IP，Ethernet與高層管理網互聯。對于DDE或OPC數據源，“標記/數值”對的列表會被傳給DDE或OPC服務器和客戶機(server/client)，在服務器里寫操作可能會組合在信息包里(取決于服務器的執行)。在數據庫編輯器里添加了Browse OPC Server Space OPC地址瀏覽器，方便與OPC數據源的連接。

　　? 多任務的軟件運行環境、數據庫管理及資源共享

　　Rockwell RSView32組態軟件基于Windows95，Windows98，Windows NT，充分利用面向對象的技術和ActiveX動態連接庫技術，極大地豐富了控制系統的顯示畫面和編程環境，從而方便靈活地實現多任務操作。ActiveX對象是一個由第三方供應商開發的、現成可以使用的軟件組件。RSView32可以通過它的屬性、事件和方法來使用它所提供的功能。嵌入一個ActiveX對象，然后設定其屬性或指定對象事件，該對象就可以與RSView32交互作用了。信息通過RSView32標記(Tags)在ActiveX對象和RSView32之間傳遞。

　　Windows為RSView32和基于Windows的應用軟件間提供接口，例如DDE(Dynamic Data Exchange)技術，與Windows應用程序間進行數據交換，實現本地控制單元與上位機之間數據和信息的共享，從而為用戶提供更為集中的數據操作環境，實現信息集中管理，并向上層系統提供開放式數據庫接口ODBC。RSView32支持下列ODBC兼容數據庫：MS Access，Sybase SOL Server，Oracle和MS SOL Server等。用ODBC數據源如Microsoft Access或Microsoft SOL Server把數據存儲為ODBC格式。ODBC格式存儲把數據存儲在多達三個表格里。它可使用命令Activity Logsend To Odbc把活動記錄數據從.DBF文件輸送到ODBC兼容數據庫。如果接受數據的數據庫與ODBC不兼容，將無法輸出。如果表橋梁不存在，RSView32將創建一個。另外，RSView32還增加了ODBC Administrator的新對象。這個對象提供了一個為ODBC數據記錄而創建表格、檢查表格的方法。

　　3 工控組態軟件在火電廠輔助監控系統中的應用

　　電廠外圍系統是電廠生產和經營管理的重要環節，但相對于機爐控制而言，其運行方式比較簡單，基本都是就地獨立控制。1)運行人員投入多，成本太高；2)由于位置分散，距離集控室較遠，給系統的運行、維護和管理帶來許多困難。因此，采用先進的網絡控制技術，實現所有外圍系統集中控制，不僅可以在很多方面解決系統設計和設備存在的問題，而且將為構建統一的企業網，實現管控一體化創造一個良好的基礎。下面以我們在山東某電廠外圍設備集中監控系統中的實施方案為例，介紹借助于Rsview組態軟件構筑輔助設備集中監控系統。實踐證明該方案從設計到實施都取得了良好的效果。

　　3.1 改造前系統構成

　　1) 化學補給水控制系統(4×300MW共一套)

　　該系統使用SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC，使用Modbus plus工業網現場總線作為上位機監控系統。
　　2) #1、#2機凝結水精處理控制系統(4×300MW共一套)
　　該系統使用AB公司的PLC/5系列PLC，使用DH+網絡作為監控系統的網絡通信手段，設兩臺上位機進行監控。
　　3) #3、#4機凝結水精處理控制系統(4×300MW共一套)
　　該系統使用AB公司的Conlogix系列控制器，使用ControlNet現場總線網絡作為監控系統的網絡通信手段，設兩臺上位機進行監控，并與#1、#2機處于同一主控室內。
　　4) #1、#2機、#3、#4機的汽水取樣及加藥系統(4×300MW共兩套)
　　該系統使用的是安裝在工控機內的A/D通訊卡，對現場取樣信號進行監控，而加藥系統各變頻泵均為就地單片機獨立控制。且#1、#2機與#3、#4機兩系統分處不同位置。
　　系統分布圖如下：

　　3.2 實施方案：
　　根據地理位置分布綜合考慮廠房要求，最后商定將中央控制室設在化學補給水控制室。根據目前系統現狀，采用分步完成改造的方案。
　　第一步：鑒于化學補給水控制系統與中央控制室同處一室，使用AB公司的專用協議轉換通信卡件及配套軟件MB+ OPC Server，完成MB+協議的轉換及與上位機組態軟件RSView的通信，該卡件為PCI總線形式，直接插在兩臺服務器上，由服務器將其接入整個以太網內。服務器采用IBM Xserver。

　　第二步：依據典型交換式以太網控制網絡的組成，在中央控制室網絡柜內設兩臺CISCO 24口100M交換機，完成以太網數據交換，在服務器及操作員站內安裝3COM 100M工業以太網卡。并且設APC UPS電源。
　　第三步：由于該系統涉及DH+網、MB+網、ControlNet網等多種現場總線，需設一網關ControlLogix Gateway 完成協議的轉換。該網關應具備：一、接收現場總線各網段上的數據，并將其進行解釋，轉化為以太網所能接收的形式，向交換機傳送；二、把系統發出的命令和數據轉換為現場總線各網段的數據格式，向下傳送。鑒于此，考慮到地理位置，決定在凝結水精處理控制室設一網關，該網關上配有DH+模塊、ControlNet模塊、Ethernet模塊等。
　　第四步：由于網關處與交換機處距離較遠(1km左右)，另考慮數據交換的實時性和抗干擾性，決定在這二者間采用光纖通信，且采用冗余互備。
　　第五步：汽水取樣及加藥系統的重新設計。分別設兩個遠程I/O站，負責#1、#2機與#3、#4機的數據采集，在各站安裝ControlNet通信模塊，掛接于ControlNet網上，用網關內的Logix5550處理器完成數據處理和控制任務。ControlNet網絡通過網關內的ControlNet模塊完成網絡數據交換，在通過以太網模塊與以太網通信。

　　第六步：二期工程網絡接入(輸煤系統、凈水站系統、循環水泵房、工業水泵房、燃油泵房等)。

　　在組態軟件的選擇上考慮到各子系統均已經過長時間的運行，操作人員對操作方式已經認可，不便做大的改動，保留各子系統組態畫面，監控系統采用32,000點的Rsview32作為監控組態軟件具體操作如下：

　　? 對于原系統中采用Rsview32的子系統處理方法是:利用Rsview32 tool提供的數據庫輸入/輸出向導將該子系統工程文件中的數據tag導出，認真核對后導入我們的新建工程中；對于Display、Event、Macro需要將其對應工程文件夾的文件拷入我們的新建工程中，再打開工程分別導入。

　　? 對于組態軟件為非Rsview32 的子系統(如Intouch)處理方法是：搞清楚原系統畫面構成，然后用Rsview32重新設計畫面、建立數據庫、對命令語句重新編譯。

　　系統監控畫面采用層次型結構設計，各子系統之間很容易切換，直觀反映現場工況,且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結構便于操作人員完成多個子系統的準確切換，避免由于系統結構繁瑣造成的誤操作。各子系統也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內可完成多項操作功能，且各子菜單均為彈出式。監控畫面組成結構如圖5所示。其中，各子系統均有和#1、2汽水加藥子系統相似的子畫面，結構圖中沒有逐個列出。

　　監控系統包括系統畫面生成、事故追憶系統、各種曲線顯示和打印、各種報表生成等。監控畫面要符合電廠主控DCS系統人機界面的設計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種符合Windows標準的設計手段實現畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示(包括運行參數、狀態、故障情況等)和各種曲線要布局合理、生動，色調柔和。事故追憶系統包括所有進入控制系統的事件(如參數、反饋等)以及控制系統本身發生的事件(如卡件或通訊故障等)，所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現系統運行在線分析、診斷提供豐富的數據資源。