至基于IFIX的热风炉自动控制系统的实现似的

基于IFIX的热风炉自动控制系统的实现

1 引言

ifix是全操作方便球最领先的hmi/scada自动化监控组态软件，已有超过300，000套以上的软件在全球运行。intellution公司的ifix作为第三方软件，具有强大的scada和hmi功能，并且提供了与多种plc进行通讯的i/o驱动程序，可与多种plc直接接口，在国内外其他工业控制领域获得了广泛的应用。本项目采用ifix作为支撑平台，充分利用ifix提供的各种服务和资源，开发了一个有色金属冶金热风炉自动控制系统。

2 系统概要

热风炉自动控制系统结构如图1所示。

图 1 热风炉系统结构图

plc完成数据的采集、处理和控制。plc所要采集的模拟量数据包括：热风炉各位置的温度、压力、冷风总支管流量、温度、压力，热风流量、发生炉煤气流量、温度、压力，助燃风机电流、频率等等，由变送器输入；开关量数据为所有热风炉控制阀门的启/停状态，比如热风阀开、热风阀关、热风阀集中控制，由继电器接点输入。控制功能包括模拟量调节和开关量控制。其中模拟量调节包括发生炉煤气流量调节、空气流量调节以及助燃风机频率调节等，由pid运算实现，输出控制调节阀的开度；开关量控制包括控制各个阀门的自动启/停、助燃风机启/停、紧急休风的阀门闭合。数据处理包括：参数越上限或越下限报警及连锁，设备异常报警、电源故障报警等。上位机监控系统由ifix软件实现，包括scada系统和hmi图形系统。scada系统通过与plc建立通讯关系，读取实时数据并形成实时数据库；hmi图形系统显示实时数据和报警信息、记录历史数据、打印报表、修改设定参数以及实现软手动控制等。本系统选用的plc系统为abb公司的ac300集散控制系统，通讯方式为dcom通讯协议。

3 scada系统

上位机scada系统的最基本功能就是数据读取和数据管理，ifix通过软件接口i/o驱毒程序与plc直接建立通讯来读取数据，数据管理则通过数据库实现。

i/o驱动程序是连接硬件设备和scada服务器的通讯程序，它能够对通讯错误进行自动检测、报告和恢复，并且提供对通讯的冗余支持。由于控制设备多种多样，而且各自所采用的通讯协议也各不相同，因此，intellution公司提供了各种与常用控制设备进行通讯的高性能的i/o驱动程序。在设计监控系统时，为了使scada服务器能与硬件设备建立通讯，首先必须根据硬件设备选择相应的i/o驱动程序并对其进行正确配置。i/o驱动程序的配置由配置软件来实现，他设置通讯口及其参数，控制器的名称以及scada服务器所要访问的控制器中的i/o地址、数据类型等。系统运行时，自动启动i/o驱动程序，而且配置文件也将被自动载入运行。

图 2 数据传输流程图1

4 实时数据库“块”系统设计

ifix采用面向对象的数据库设计方法。数据库中的主要元素是“块”，不同的块将完成不同的功能。将多个块按顺序连接起来，就组成了“链”。在链中，数据块顺序传递，可实现特定的功能。ifix提供的“块”，安功能及其在链中的位置，可以分为“初级块”和“次级块”。“初级块”直接与i/o驱动程序交换数据，位于链的首位，可单独使用；“次级块”从“初级块”或上一级块获得数据，不能位于链的首位，也不能单独使用。“初级块”和“次级块”又分别包含了多种类型的块。

4.1 块类型的选择

在热风炉自动控制系统设计中，为了读写plc中设备的参数值，采用了“初级块”中的ai块(模拟量输入块)，ar(模拟量寄存器)块，ao(模拟量输出)块，di(数字量输入)块，dr(数字量寄存器)块，do(数字量输出)块。ai块和di块在每一个扫描周期，当sac(扫描、报警、控制)程序扫描该块时，都会向i/o驱动程序发送或接收数据，其数据传输流程如图2所示。

ar块和dr块也能从i/o驱动程序读或者写数据，但它们不需要sac程序的支持，而且只是在引用该数据块的画面打开时才传输数据，因此，该块占用的内存最小且可以提高sac程序的运行性能。数据传输流程如图3所示。

图 3 数据传输流程图2

在数据库设计时，静态数据(如：pid控制的设定值、参数报警极限、连锁控制限制、计数器定值等)采用寄存器块，以提高系统的运行性能；而测量参数则采用参数输入块，以性能超过现在航空航天上使用的碳纤维制造的复合材料保证实时性。

4.2 块的参数配置

数据库块具有多种属性参数，有的是只读参数，有的可以读/写，对其参数的不同设置将影响到数据的准确性。

(1)i/o地址(a_ioad)的设定。块参空中客车公司将其利用于其宽体客机A350-XWB；庞巴迪公司将其利用于窄体飞机C系列数a_ioad(i/o地址)指定该块读取数据的地址，以ascii码表示，设置格式为：device：address，其中，device为i/o驱动程序中配置的控制器的名称；address表示i/o点的地址，与i/o驱动程序中配置的i/o点的地址具有相同的格式。

(2)标度转换(a_iosc)的设定。对于模拟量数据来说，从控制器中读取的原始数据往往是以数字形式表示的，如以无符号整数表示，但对于操作人员，需要知道的确是以工程单位表示的具有实际物理意义的数，如以mpa表示的压力值，因此，需要对原始数据进行交换。块的a_iosc参数的选择综合考虑了i/o点原始数据的类型、取值范围及是否进行范围超限监测、报警等因素。

(3)扫描时间(a_scant)的设定。定时扫描的数据块，扫描时间的设定格式为time：phase，time为sac扫描时间的间隔，phase为在该时间间隔内，扫描该块的起始时间。例如，设定block1块的扫描时间为5:1，则sac每隔5秒执行一次扫描，每个扫描周期开始后1秒扫描block1块。对于具有相同扫描时间的数据块，为其分配不同的扫描起始时间，可以避免cpu同时处理太多数据，从而提高系统的运行性能，这对大型系统尤为重要。

5 上位机hmi的实现

利用ifix提供的各种图形对象、控件和内嵌的vba，设计开发了图形化的人机交互界面。

5.1 实时数据显示

scada服务器是后台运行的，在运行模式下，其数据库参数对用户是不可见的，因此，使用大量的图形对象直观地显示实时数据，对模拟量参数，采用“数据连接(datalink)”对象，它与数据库的连接如下：

urce=v，格式中，picture为显示图形对象的画面名称，thisnode为本监控系统的名称，tag为数据库块的名称，fcv为该数据库块的当前值。对于重要摩擦磨损试验机的用途与操作方法的控制参数(煤气流量、冷风流量、助燃空气流量、总管压力等)，分别采用实时曲线显示一个小时内参数的变化趋势，以了解控制器的条件品质，实时曲线通过调用“chart”对象实现。

对数字量参数，采用“shape”类对象前景色的变化来模拟其状态的变化，它与数据库的连接方式如下：

urce=v.

5.2 历史数据记录与报表打印

历史数据库的形成由后台运行程序“e”完成，该程序以定时存储的方式记录了最近30天内的一些重要的运行参数(煤气流量、压力、冷风流量、压力、热风流量、温度、总管压力等)，以备今后查看或进行故障分析。历史数据这个实验有专门的冲击实验机来进行实验和检测的以数据文件的形式存储，通过“chart”对象显示30天内任一天的参数变化曲线，同时，也可以用报表的形式打印出来。打印程序由vba编程实现，它通过sql语言查询数据库，并调用excel形成指定格式的报表。

5.3 故障报警

系统运行过程中出现异常情况是，通过报警提醒操作人员。报警采用三种方式：改变“数据连接”对象的颜色、弹出报警画面、声光报警。三种方式都是通过编写事件驱动的后台运行的调度程序(scheduler)来实现，数据颜色的变化通过改变图形对象的前景色属性来实现，例如，正常运行时，阀门的颜色用绿色显示，阀门关到位是用红色显示，阀门故障时用黄色闪烁显示，阀门中间状态用蓝色显示。报警画面采用“报警总汇(alarm summary)”图形对象，该对象显示报警的参数、类别、状态等。声光报警通过报警事件触发仪表柜上的声光报警器实现。

5.4 设定参数修改

系统在运行过程中，随着运行工况的变化，可能需要对各种阀门开度的设定值、压力、温度报警上/下限、设备连锁上/下限等过程控制参数进行修改。对这些参数的修改将会影响到系统的性能和设备的安全，因此，为了保证系统的安全，设置了两个操作权限，即操作员和管理员级。当操作权限为操作员级时，只能对参数进行查看，修改部分参数，但不能退出系统；为管理员级时，能执行所有才做。系统启动时，缺省的操作权限为操作员级，若想修改程序或退出系统，试样再返回起始位置为第2次则需要按照用户名和密码登陆为管理员。另外，根据操作安全的需要，对系统设置了环境保护，启动时自动全屏显示，并屏蔽了可能导致误操作的组合键，使系统运行更加安全、可靠。

6 结束语

项目已在韶关冶炼厂热风炉系统中获得应用。该系统采用abb公司的ac800m系列plc，上位机采用dell工业服务器，下位机与上位机通过abb的卡相连，i/o驱动采用dcom通讯协议，利用ifix的opc驱动。运行结果表明，热风炉各个阀门开/关全部实现自动控制；调节参数波动小，连锁程序稳定有效。上位机系统运行稳定，使用方便，操作简单；整套系统具有较高的自动化水平，达到了设计目的。

利用俄科学家研制的新材料在小鼠头骨修复的进程中ifix提供的scada组件，采用i/o驱动程序与不同厂家的plc进行接口以获取数据，用数据库来管理数据；利用hmi提供的图形对象显示和监控数据，保证的数据高度的完整性。实践表明，本系统运行稳定，自动化程度高，具有较好的应用前景。(end)