Intouch工控組態軟件及其在城市污水處理廠的應用

摘 要：本文介紹了Wonderware公司的Intouch工控組態軟件，并以某城市污水處理廠工程為例，闡述了該工程的系統結構、功能及Intouch7.11在該系統中的應用。

關鍵詞：組態軟件 Intouch 監控系統 PLC 城市污水處理

1. 引言

　　在工業過程控領域，目前國際上流行的方式是在一個集成環境里，用通用硬件構成系統，軟件部分則采用開放的工控組態軟件。工控組態軟件的任務主要有兩方面：一是設備狀態監視、現場數據記錄、報警顯示、趨勢曲線繪制、打印輸出等;二是根據現場的實際任務進行組態編程，對不同的工業過程實現自動控制。組態軟件提供了靈活的組態工具和模塊，人機交互界面好，提高了系統的成功率和可靠性，使系統功能易于實現。本文介紹了Wonderware公司的Intouch工控組態軟件，并以某城市污水處理廠工程為例，闡述了該工程的系統結構、功能及Intouch7.11在該系統中的應用。

2. Intouch組態軟件

　　Intouch 組態軟件是創建人機界面的簡便和快捷方法。Intouch7.11 可以充分利用 Microsoft Windows 的關鍵功能，如 ActiveX 控件、OLE 圖形和網絡等，創建功能強大、齊全的 Microsoft Windows 2000 和Windows NT 操作系統下 Intouch 應用程序。Intouch7.11還可以通過添加自定義ActiveX控件、向導、常規對象以及創建InTouch QuickScript等來進行充分地擴展。

　　InTouch7.11包括三個主要程序：InTouch 應用程序管理器、WindowMaker和WindowViewer。此外，InTouch 還包括診斷程序 Wonderware Logger。InTouch 應用程序管理器用于組織所創建的應用程序，也可以用于將 WindowViewer 配置成一個 NT 服務程序，為基于客戶機和基于服務器的結構體系配置網絡應用程序開發以及配置動態分辨率轉換和分布式報警。WindowMaker 是開發環境，在這個開發環境中可以使用面向對象的圖形來創建富于動畫感的觸控式顯示窗口。這些顯示窗口可以連接到工業 I/O 系統和其它 Microsoft Windows 應用程序。WindowViewer 是用于顯示在 WindowMaker 中創建的圖形窗口的運行時環境。WindowViewer 執行 InTouch QuickScript、執行歷史數據的記錄和報告、處理報警記錄和報告，并且可以充當 DDE 和 SuiteLink 通訊協議的客戶機和服務器。

　　InTouch7.11 的設計支持獨立式和分布式兩種應用程序。獨立式應用程序是每個監視系統只使用一個操作員界面。獨立式應用程序對網絡的要求很低，甚至不需要網絡，并且只需簡單的維護。分布式應用程序通常包含好幾層網絡。典型的分布式應用程序具有一個中央開發工作站，采用集中式數據存儲并且有一群與中央站相互作用的客戶站，這些客戶站也同時相互作用。InTouch 提供了許多功能來極大地簡化分布式應用程序的建立和維護，其中最強大的功能之一是網絡應用程序開發。網絡應用程序開發允許多個客戶站共同擁有一個應用程序的備份而不限制對這個應用程序的開發，應用程序變化時會自動向這些客戶站提供通知。

3. 城市污水處理工程系統

　　3.1城市污水處理工藝流程簡介

　　城市污水處理工藝流程如圖1所示。城市污水處理工程的工段、設備較多，全廠幾乎所有設備的啟停均需要聯動控制。提升泵站、剩余污泥泵站、排水泵站采用液位控制;粗細格柵采用液位差與定時結合控制;氧化溝、鼓風機房、污泥回流泵站采用溶氧及活性污泥控制。

　　3.2城市污水處理系統功能要求和系統構成

　　城市污水處理系統能對全廠的工藝過程參數、電氣參數和設備運行狀態進行監視、控制以及參數越限的報警、聯鎖。操作站能給各類人員（操作工、組態工程師、管理人員）提供監控、組態、維護的良好“人-機”界面，各類人員可以通過鍵盤和鼠標進行操作，操作級別可以通過鍵鎖或口令來實現;在操作站上，應有相應畫面可以供工藝操作人員操作和監視工藝過程;工程技術人員應能在工程技術人員畫面上方便地進行系統的生成、用戶流程圖及各類圖形的生成，以及各類記錄、報表生成;維護人員應能夠利用維護人員畫面方便地進行整個系統的維護工作;報警功能;趨勢功能;診斷功能;打印、記錄功能;數據通訊功能;模擬屏顯示等。

　　根據系統要求，充分考慮到系統的可靠性和實用性，系統硬件構成如圖2所示。

　　系統現場測控站采用 Schneider 電氣 Modicon TSX Quantum 系列 PLC;系統上位組態軟件采用Woderware 公司 Intouch7.11，I/O Sever 采用 Modicon MODBUS Ethernet，監控計算機采用研華工控機。系統上位采用基于客戶端、指向I/O數據源的本地地址的結構，每個視圖節點具有自己的I/O服務器。這種結構能夠提供容錯操作，當網絡中斷時每個視圖節點可以獨立運行。結構如圖3所示。

4. Intouch組態概況

　　4.1動態實時顯示過程控制參數和系統運行狀態

　　城市污水處理生產過程控制系統中所有主要儀表和運行設備以及系統運行狀態等均在人機界面中得到體現。

　　本系統中，制作了粗格柵及提升泵站、細格柵及沉砂池、泥水分配井及氧化溝及鼓風機房、二沉池配水井及二沉池、排水泵站及污泥回流泵站和污泥濃縮脫水間六幅工藝流程主畫面。在每幅主畫面中動態顯示設備運行狀態、系統運行參數和儀表數值，采用點擊進入的方法對各項參數、狀態進行詳細查看，并對設備控制方式和參數修改。采用點擊進入的好處是可以設定訪問級別，防止不熟練的操作員誤操作，主畫面簡潔，單點畫面清楚。在每幅主畫面中還包括實時趨勢，方便操作員監視系統運行狀況和走勢。另外，還包括趨勢組畫面和數據總攬畫面。配置了氧化溝溶氧值、沉砂池出水流量、污泥回流流量等工廠主要數據的歷史趨勢，由于使用了歷史趨勢向導，很方便地完成了創建和配置，并且可以在運行時動態配置。

　　建立了設備管理數據庫，實現對城市污水處理工程較多設備的方便管理。對所有設備采用位號方式進行實時監視，系統運行時，只需要鍵入位號就能進入位號所在主畫面，并且彈出該設備的單點畫面，系統運行中證明這種方法方便了操作員的操作。此外，在PLC中對設備運行時間進行累計，數據上傳給上位機記錄存儲，通過HistData實用程序對設備運行時間進行查看，將選定的數據移到Microsoft Excel打印輸出。

　　增加了一幅調試畫面，方便現場調試和實際運行中的工藝參數調整，將某些變量設置了預置參數輸入功能，進行直觀的調整和整定，方便PLC軟件內部參數的設置。

　　4.2報警配置

　　InTouch 使用兩種通知方式來通知操作員有關過程活動的情況：報警與事件。報警是過程狀態出現問題時發出的警告，要求操作人員做出響應。事件表示系統正常狀態時的消息，不要求操作人員響應。城市污水處理工程工段較多，根據工段號配置了報警組，方便系統開發，便于操作員識別，報警組結構如圖4所示。

　　創建了報警畫面，顯示報警摘要和報警歷史。本系統中報警的產生機制和查詢過程如圖5所示。Alarm DB Logger公用程序將報警和事件記入Microsoft SQL Server。Alarm DB Purge/Archive公用程序負責配置報警數據庫的清除/歸檔操作，并顯示任何清除活動的狀態。Alarm Printer打印報警信息。

　　因為Windows網絡打印機和激光打印機的工作原理是將整頁緩存在內存中，再將其實際打印出來，這意味著信息可能會在系統故障或掉電時丟失，因此在配置打印機時，一臺選用針式打印機，用于打印報警信息，另外一臺選用噴墨打印機打印報表。

　　過程變量報警期間，在設備所在任一畫面中以符號閃爍和改變符號的填充顏色方式提示，設備所在工段對應主菜單對應項也以這種方式提示;過程變量報警發生后，被確認前，系統調用PlaySound函數以聲音的方式提示報警的過程變量。對于系統診斷報警，顯示在系統診斷畫面上，如診斷出故障則也以聲光報警的形式提示。

　　4.3報表設計

　　使有HistData實用程序可以對由InTouch創建的歷史數據文件進行DDE動態數據交換訪問，將選定的歷史數據移動到請求程序，例如Microsoft Excel。

　　本系統中報表分為兩種：實時報表和EXCEL可訪問歷史報表。實時報表分為小時、班、日、月、年報表，并由窗口可以訪問，可在自動和手動打印之間轉換輸出，主要統計產量。統計數據由Intouch QuickScript編程產生。產生和訪問過程如圖6所示。

　　EXCEL可訪問歷史報表的形成是把歷史記錄文件轉換成EXCEL（CSV格式）文件，此報表的訪問需打開轉換的EXCEL文件，主要實現歷史數據的查看。HistData程序包含自己的內部數據庫，實現文件轉換的關鍵是內部數據庫中的項目的正確設置，如用于指定要訪問的歷史數據的起始周期、持續時間和采樣間隔等。系統運行時對Excel文件的訪問通過系統函數FileReadFeilds實現。產生和訪問過程如圖7所示。

　　4.4通訊的實現

　　InTouch 使用由三部分組成的命名慣例來識別I/O服務器程序中的數據元素，這三個部分是應用程序名、主題名和項目名。要從另一應用程序取得數據，客戶端程序 InTouch 需要通過指定上述三項來打開通往服務器程序的通道。本系統中工控機網卡通過工業以太網與Modicon網絡模塊連接，使用TCP/IP協議實現上下位之間通信。 I/O Sever 采用Modicon MODBUS Ethernet，實現Intouch和PLC之間的數據交換。

5. 結束語

　　Intouch工控組態軟件方便，易用，開發自由度較大，功能較強，大大縮短了設計周期。目前，本系統已成功應用于安徽某城市污水處理廠全廠自控系統中，系統可靠性高，運行良好，具有明顯得經濟效益和社會效益。

參考文獻

　　1、 Wonderware FactorySuite InTouch 用戶指南 修訂版 2001年6月 Wonderware Corporation

　　2、 易異勛 工控系統組態軟件體系結構的研究 [J].基礎自動化, 2000, 7（ 2） :62- 64.

　　3、 水污染治理工程/黃銘榮 胡紀萃編著。-北京：高等教育出版，1995