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    (中國(guó)石油吉林石化公司，吉林 吉林 132022)常政剛，沙 洪，何 群，程顯萍
                             
    常政剛(1980-)男，遼寧東港市人，工程師，設(shè)備主任。2003年畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事鋁粉生產(chǎn)及分級(jí)裝置設(shè)備管理、過(guò)程控制等工作。

    摘要：本文采用IFIX組態(tài)軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鋁粉氮?dú)忪F化生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和一體化控制，為提高鋁粉生產(chǎn)和過(guò)程控制的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。該監(jiān)控系統(tǒng)功能齊全，操作簡(jiǎn)單，界面友好，系統(tǒng)容易擴(kuò)展。

    關(guān)鍵詞：鋁粉；氮?dú)忪F化；控制系統(tǒng)；組態(tài)軟件；IFIX

    Abstract: This paper presents a Monitoring System Based on IFIX Configuration platform, which realizes automatic and integrated control of Aluminum Powder Production. The system has the features of full functions, easy operation, friendly interface and easy expansion etc. 

    Key words: Aluminum powder; Nitrogen atomization; Monitoring and control;Configuration software; IFIX

    鋁粉氮?dú)忪F化生產(chǎn)過(guò)程具有很大的危險(xiǎn)性，同時(shí)霧化壓力、霧化溫度對(duì)鋁粉的質(zhì)量有很大的影響，這些都對(duì)控制系統(tǒng)提出了很高的要求。在分析鋁粉生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)現(xiàn)在比較流行的組態(tài)軟件進(jìn)行比較，由于IFIX提供了一個(gè)非常熟悉的完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了對(duì)Intellution Dynamics組件和外部數(shù)據(jù)及對(duì)象無(wú)限制的讀取和擴(kuò)展能力，能夠?qū)⒁恍┬碌墓δ軐?shí)現(xiàn)出來(lái)，所以最終采用組態(tài)軟件IFIX4.0中文版來(lái)開(kāi)發(fā)鋁粉氮?dú)忪F化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

    1 IFIX組態(tài)軟件介紹

    IFIX是Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于WindowsXP平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)視與控制軟件的解決方案。IFIX可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過(guò)程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反應(yīng)，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)反應(yīng)速度。生產(chǎn)的關(guān)鍵信息可以通過(guò)IFIX貫穿從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到企業(yè)主管者桌面的全廠管理體系，以方便管理者作出更快速更高效的決策，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。

    全面支持WindowsXP平臺(tái)和終端技術(shù)(Terminal Server)，支持基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程線組態(tài)；即插即解決結(jié)構(gòu)及COM/DCOM組件技術(shù)，全面支持ActiveX控件；安全容器的專(zhuān)利技術(shù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；功能強(qiáng)大的微軟標(biāo)準(zhǔn)描述語(yǔ)言，嵌入式VBA
(Visual Basic for Application)；標(biāo)準(zhǔn)SQL/ODBC接口，直接集成關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)及管理系統(tǒng)；真正的、實(shí)時(shí)的客戶/服務(wù)器模式允許最大的規(guī)模可擴(kuò)展性；多重冗余支持：SCADA冗余，通道冗余，LAN網(wǎng)冗余，控制器冗余，客戶端冗余；調(diào)度處理器使任務(wù)可以基于時(shí)間或事件觸發(fā)，根據(jù)需要在前臺(tái)或后臺(tái)運(yùn)行；先進(jìn)的報(bào)警和信息管理，提供無(wú)限制的報(bào)警區(qū)域和報(bào)警計(jì)數(shù)器，報(bào)警過(guò)濾和遠(yuǎn)程報(bào)警管理等功能；高度免編程關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)引擎VisconX控件集。

    2 鋁粉生產(chǎn)控制系統(tǒng)組態(tài)

    2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

    IFIX提供了統(tǒng)一環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的定義，而且提供了很多的數(shù)據(jù)類(lèi)型，有很多現(xiàn)成的功能塊：歷史記錄塊、趨勢(shì)塊、計(jì)算塊、PID塊、計(jì)時(shí)塊等。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際特點(diǎn)，定義了數(shù)字輸入點(diǎn)、數(shù)字輸出點(diǎn)、模擬輸入點(diǎn)、模擬輸出點(diǎn)、計(jì)算點(diǎn)、趨勢(shì)點(diǎn)、多態(tài)數(shù)字量輸入點(diǎn)。

    2.2 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)

    后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的使用，解決了系統(tǒng)中缺陷問(wèn)題。將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的一個(gè)副本放到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，系統(tǒng)能夠應(yīng)用查詢功能，使得開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖功能、歷史趨勢(shì)圖功能、監(jiān)測(cè)點(diǎn)一覽功能、報(bào)警及操作記錄查詢功能具有了一定的通用性，在用IFIX開(kāi)發(fā)其它的監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，這些功能的代碼都無(wú)需改動(dòng)，只需將后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容更換為新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，上述功能即無(wú)需更改便可使用。

    2.3 監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)

    本系統(tǒng)中IFIX實(shí)現(xiàn)的功能為監(jiān)測(cè)鋁粉氮?dú)忪F化生產(chǎn)過(guò)程系統(tǒng)運(yùn)行情況，首先利用I/O Driver取得數(shù)據(jù)送入PDB中并在畫(huà)面上顯示；能在畫(huà)面上手工輸入一些設(shè)定值及控制器參數(shù)；報(bào)警及操作記錄存入文件以備查詢?yōu)g覽；一些重要的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)用于歷史趨勢(shì)瀏覽以及生成報(bào)表；數(shù)據(jù)庫(kù)中存有PDB數(shù)據(jù)庫(kù)信息，通過(guò)修改數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的信息達(dá)到修改PDB的功能。軟件流程如圖1所示。
                
                                   圖1  組態(tài)軟件流程圖
    2.4 監(jiān)控畫(huà)面組態(tài)中遵循的原則

    (1)界面設(shè)計(jì)的一致性。一致性原則在界面設(shè)計(jì)中最容易違反，同時(shí)也最容易修改和避免。只有符合一致性原則，軟件的風(fēng)格才能統(tǒng)一和規(guī)范，從而迎合用戶的審美要求。例如，在菜單和聯(lián)機(jī)幫助中必須使用相同的術(shù)語(yǔ)，對(duì)話框必須具有相同的風(fēng)格等。

    (2)常用操作的直接性。常用操作的使用頻度大，應(yīng)該減少操作序列的長(zhǎng)度。使常用操作具有捷徑，不僅提高用戶的工作效率，還使得界面在功能實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)潔和高效。

    (3)信息反饋的必要性。對(duì)操作人員的重要操作要有信息反饋，而對(duì)常用操作和簡(jiǎn)單操作的反饋可以不作要求，但是對(duì)不常用操作和至關(guān)重要的操作，系統(tǒng)應(yīng)該提供信息的反饋，以幫助用戶確定操作的結(jié)果。

    (4)操作的可逆性。操作應(yīng)該可逆，這對(duì)于不具備專(zhuān)門(mén)知識(shí)的操作人員是必要的。可逆的動(dòng)作可以是單個(gè)的操作，也可以是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的操作序列。

    3 IFIX組態(tài)畫(huà)面的監(jiān)控功能

    3.1 IFIX與PLC通訊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控

    對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式將生產(chǎn)過(guò)程流程畫(huà)面形象直觀地顯示在屏幕上，各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)也實(shí)時(shí)顯示在畫(huà)面上，生產(chǎn)畫(huà)面可以及時(shí)切換，使操作人員方便地控制鋁粉生產(chǎn)線開(kāi)停車(chē)操作，監(jiān)控當(dāng)前的生產(chǎn)狀態(tài)，設(shè)定修改PID參數(shù)等。
                    
                                      圖2  生產(chǎn)過(guò)程流程選擇畫(huà)面
                    
                                      圖3  生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控畫(huà)面
    3.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽和歷史數(shù)據(jù)瀏覽

    監(jiān)控系統(tǒng)中有時(shí)需要在某同一時(shí)刻觀測(cè)位于不同畫(huà)面中的信號(hào)狀態(tài)，頻繁切換畫(huà)面不但麻煩，而且觀測(cè)的也不是同一時(shí)刻的值。IFIX具有的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)瀏覽和歷史數(shù)據(jù)瀏覽功能，便可以解決這個(gè)問(wèn)題，該畫(huà)面可以顯示所有用戶想要瀏覽的模擬量和數(shù)字量的狀態(tài)，每頁(yè)最多可以顯示20條信號(hào)的狀態(tài)，通過(guò)翻頁(yè)按鈕，可以瀏覽到所有用戶關(guān)心的量。歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和瀏覽功能，方便用戶對(duì)操作記錄和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢?yōu)g覽，用以總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。

    3.3 實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線顯示

    IFIX具有功能強(qiáng)大的曲線顯示控制，通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面和歷史趨勢(shì)畫(huà)面可以形象查看畫(huà)面上定義測(cè)點(diǎn)的所有實(shí)時(shí)趨勢(shì)和和歷史趨勢(shì)，實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面和歷史趨勢(shì)畫(huà)面也以組的形式進(jìn)行顯示，每組最多可以顯示8條實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線，8個(gè)信號(hào)可以根據(jù)需要任意進(jìn)行組合，用不同的顏色區(qū)分各條曲線，兩種畫(huà)面的起始時(shí)間、時(shí)間跨度、量程等都可以方便地修改，通過(guò)點(diǎn)擊曲線上方的放大按鈕，趨勢(shì)曲線的細(xì)節(jié)可以進(jìn)行放大。歷史數(shù)據(jù)保存時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)200天，歷史數(shù)據(jù)保存時(shí)間間隔最短可達(dá)1s。
                   
                                      圖4  實(shí)時(shí)趨勢(shì)畫(huà)面
                   
                                       圖5  歷史趨勢(shì)設(shè)置畫(huà)面
    系統(tǒng)可以將操作員執(zhí)行的所有操作記錄下來(lái)，包括操作時(shí)間以及所執(zhí)行的是何種操作，如哪個(gè)操作員何時(shí)以何種操作權(quán)限登錄、打開(kāi)某個(gè)監(jiān)視畫(huà)面的時(shí)間、修改控制回路設(shè)定值的時(shí)間等，記錄的這些信息可以用于系統(tǒng)的安全檢查和事故分析。例如，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可以分析是由不正確的操作引起，還是由其它原因引起的。在該頁(yè)面，通過(guò)設(shè)置報(bào)警時(shí)間段、設(shè)備名稱、信號(hào)描述和查找報(bào)警信息類(lèi)型，系統(tǒng)可以迅速的查找到符合信息的操作信息。

    3.4 實(shí)時(shí)報(bào)警顯示，歷史報(bào)警瀏覽
               
                               圖6  報(bào)警顯示畫(huà)面
    在屏幕下方設(shè)定報(bào)警條，產(chǎn)生的報(bào)警實(shí)時(shí)在這里顯示出來(lái)。此條目顯示最新的報(bào)警，顯示的信息包括報(bào)警發(fā)生時(shí)間、設(shè)備名稱、描述。雙擊該窗口，彈出報(bào)警處理窗口。在彈出的窗口里可以進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)，有兩種確認(rèn)的方式可以進(jìn)行選擇，自動(dòng)確認(rèn)和手動(dòng)確認(rèn)。通過(guò)設(shè)置報(bào)警時(shí)間段、設(shè)備名稱、描述和查找報(bào)警信息類(lèi)型，系統(tǒng)可以迅速的查找到符合信息的報(bào)警信息，方便了操作。

    3.5 系統(tǒng)報(bào)表實(shí)現(xiàn)日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表和年報(bào)表

                  
                                 圖7  日?qǐng)?bào)表畫(huà)面圖
                  
                                圖8  報(bào)警顯示瀏覽畫(huà)面
    報(bào)表中統(tǒng)計(jì)出每小時(shí)、每天、每月的生產(chǎn)原料的使用量，報(bào)表統(tǒng)計(jì)準(zhǔn)確。報(bào)表界面用Crystal Reports開(kāi)發(fā)，可以創(chuàng)建出專(zhuān)業(yè)的自定義報(bào)表。日?qǐng)?bào)表的畫(huà)面如圖7所示，月報(bào)表和年報(bào)表的畫(huà)面和日?qǐng)?bào)表相似。報(bào)表顯示按鈕默認(rèn)顯示當(dāng)前日期的報(bào)表，通過(guò)設(shè)置按鈕，可以打開(kāi)時(shí)間設(shè)置窗口，以設(shè)定想要瀏覽的日期。點(diǎn)擊打印按鈕，報(bào)表便可以被打印出來(lái)。保存功能，使得報(bào)表可以保存為Excel文件。

    3.6 霧化爐溫度模糊PID控制算法的實(shí)現(xiàn)

    利用Matlab語(yǔ)言和ActiveX技術(shù)開(kāi)發(fā)了霧化爐溫度模糊PID控制算法的控件，并嵌入到組態(tài)軟件中，在組態(tài)軟件平臺(tái)中可以設(shè)定模糊控制器的量化因子和比例因子、PID控制器的比例微分積分常數(shù)以及加權(quán)因子的平滑系數(shù)λ和誤差閾值，如圖9所示。
                
                                 圖9  模糊PID混合控制器參數(shù)設(shè)置畫(huà)面

    3.7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)一覽功能

    監(jiān)控系統(tǒng)中有時(shí)需要在某同一時(shí)刻觀測(cè)位于不同畫(huà)面中的信號(hào)狀態(tài)，頻繁切換畫(huà)面不但麻煩，而且觀測(cè)的也不是同一時(shí)刻的值。雖然實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖可以在某種程度上滿足需要，但需要觀測(cè)的量很多，既有模擬量又有數(shù)字量時(shí)，實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖也有點(diǎn)力不從心。監(jiān)測(cè)點(diǎn)一覽功能便可以解決這個(gè)問(wèn)題，該畫(huà)面可以顯示所有用戶想要瀏覽的模擬量和數(shù)字量的狀態(tài)，每頁(yè)最多可以顯示20條信號(hào)的狀態(tài)，通過(guò)翻頁(yè)按鈕，可以瀏覽到所有用戶關(guān)心的量，如圖10所示。
                    
                                     圖10  監(jiān)測(cè)點(diǎn)一覽畫(huà)面
    4 結(jié)論

    采用IFIX組態(tài)軟件平臺(tái)進(jìn)行的鋁粉氮?dú)忪F化監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和一體化控制。融合了新設(shè)計(jì)思想的系統(tǒng)，界面更加友好，操作更加簡(jiǎn)單，大大的降低了操作人員的工作強(qiáng)度。增加了后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，使得系統(tǒng)的維護(hù)與擴(kuò)展更加容易，只需更改后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)即可完成。添加的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢功能，使得操作人員在選取監(jiān)控點(diǎn)的時(shí)候，不必通過(guò)難以記憶和易混淆的位號(hào)來(lái)確定，只需給定設(shè)備和信號(hào)描述，系統(tǒng)便通過(guò)查詢功能將點(diǎn)確定出來(lái)。

    該控制系統(tǒng)2008年己經(jīng)成功在吉林石化公司高碳醇廠鋁粉車(chē)間運(yùn)用，自從投入運(yùn)行至今，安全穩(wěn)定，使得鋁粉生產(chǎn)的質(zhì)量和效率得到了根本保證，功能完全滿足了鋁粉生產(chǎn)的各項(xiàng)要求，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

    其它作者簡(jiǎn)介：沙洪(1974-)，工程師，電儀設(shè)備管理員，1997年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事工廠電氣儀表設(shè)備的管理工作。

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    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第二期