基于FIX的焦化厂生产调度系统设计

摘要：在对某焦化厂生产调度系统的现状及需求进行分析的基础上,设计了基于FIX组态软件和CAN总线技术的监控系统方案并进行了工程实施。运行结果表明：该系统可靠、先进、经济。 关键词：组态软件 现场总线 DDE CAN总线 FIX 1. 引言 监控组态软件是计算机技术和监控技术发展的产物。“组态”的概念是伴随着集散控制系统（distributed control system）的出现才被广大的生产自动化技术人员所熟知的。 监控组态软件是面向监控与数据采集的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方法灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，人机接口是其主要内含。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容。组态软件的主要目的是使使用者在生成适合自己需要的应用系统时不需要修改软件的源代码，大大缩短了软件开发时间，降低开发成本，而且功能强大，运行可靠。 现场总线是一种特殊的网络技术。根据IEC1158定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备、仪表与控制室内的自动控制装置、系统之间的一种串行、数字式、双向传输、多分支结构的通讯网络”。同其它网络一样，现场总线的网络系统也具备OSI的若干层协议，从这个意义上讲，它与普通的网络系统具有相同的属性；但现场总线时针对工业现场而开发的网络，因而在工业现场中具有其他网络无法比拟的优点。 2.总体方案设计 2.1 用户需求 为焦化厂调度人员提供实时数据，在调度室能够直观的观察到全厂各个车间的生产技术数据、设备运行状态数据等。这些实时数据是高效率发挥人力、物力和实现自动化的关键；全厂生产数据可在调度室进行监视、处理存储、打印、越限报警；监控计算机软件要求图形人机界面。 2.2 总线选择 当今主要的几种现场总线有：FF基金会现场总线、Lonworks总线、PROFIBUS总线、CAN总线等。通过比较分析，我们最终选取了CAN总线。 CAN总线是由德国Bosch公司推出，并已被ISO国际标准组织定为国际标准。它得到了如Motorola、Intel、Philip、Siemens、NEC等大公司的支持，并已被广泛应用。CAN总线也是最早进入我国的现场总线之一，其应用技术和相关产品都已进入成熟阶段。 当通信速率为5kb/s时，无需中继器，传输距离可达10km，完全满足我们在厂区的布线要求。其传输介质为双绞线。可挂接设备数最多为110个，满足厂区采集点数要求。 CAN总线为多主站主从式工作方式，网络上任一节点均可在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息，而不分主从，通信灵活。利用这一特点可方便的构成多级备份系统。它的每帧信息都有CRC校验及其他检验措施保证了数据的出错率极低。基于以上特点，我们认为CAN总线是一种可靠、高效、成熟的技术，能够满足工程要求。 2.3组态软件选择 根据客户要求，人机界面要友好，软件功能要强大，以利于后继再开发，我们选了Intellution公司的FIX软件。根据PCWEEK Special Report世界工控组态软件前几名的名次是：Intellution公司的FIX Dmacs For Windows、Wonderware公司的Intouch、U.S.DA－TA公司的Factorylink、IBM公司的Plantworks、Heunristics公司的Onspec、Iconics公司的Genesis、Intec Controls公司的Paragon。上述软件一般都支持世界知名厂家的现场设备，在综合考虑了性能和厂方要求，本系统采用了FIX组态软件。 FIX软件集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一体，包括动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件。提供了一个友好的用户界面，使用户在不需要编写大量代码的情况下便可以生成自己需要的应用软件。 3.系统结构 焦化厂工业监测系统由RSM模块、屏蔽双绞线、三台上位机、两台打印机和一套投影设备组成（如上图）。正常工作时两台主上位机独立工作，两台打印机分别连接这两台上位机。另一台计算机作为备份数据和连接投影仪，从两台上位计算机读取任何一台的数据库数据；当一台主机发生异常时，则从另一台读取数据。而发生异常的主机重新启动后，从另一台主机拷贝数据，使历史数据得以完整。 PC机中的CAN总线通讯卡和智能采集模块，是国内的华控公司的产品。但是FIX不支持华控的设备，这就需要用华控的软件来完成采集功能，而其他的功能由FIX来完成。FIX和华控软件的通讯，采用DDE方式。HUCS对现场的各采集模块进行组态以后，由其从硬件实时采集数据并送至华控的HKDDEserver，再由FIX通过DDE客户端从Server中取得数据，进行进一步处理。 4.软件设计 4.1界面设计 FIX提供了强大的人机图形编辑功能，有自带的素材库，还有较多范例。我们既用了它的素材库中的图形元件，也用了范例中的图形元件，设计了具有立体感的界面。主选择画面有十二个按钮，包括一到四号焦炉的焦炉煤气和高炉煤气、五号焦炉、旧减压、新减压、中央泵房和净化黄河水，如图2： 图2 主画面 其中每一个按钮都以一幅位图表示，并在按钮下方添加了对应的说明文字。对每一个按钮进行编程，加入相应的命令语句，使用户点击时弹出相应的第二级画面。第二级画面包含管道的连接图以及管道上面的模拟的传感元件，在模拟的传感元件上有铭牌，利用了FIX 的数据链接控件，可以在铭牌上实时显示现场数据。 同时，当用户点击铭牌时，弹出此采集点的实时曲线画面，调度员可以监视此曲线的变化。实时曲线画面包括一个多笔曲线、三个历史曲线查看按钮、一个历史报表按钮以及一个返回按钮。三个历史曲线按钮是：20分钟、8小时、24小时曲线。FIX提供了用EXCEL输出报表的功能，它是通过DDE服务器将数据传送到应用程序EXCEL的。我们通过FIX的脚本语言编写了程序，点击历史报表按钮，运行此程序，自动起动DDE服务器程DMEDDE.EXE，继而打开EXCEL程序，进行报表输出工作。 4.2数据库的设计 FIX的从硬件得到数据的过程是这样的，先由O/I驱动器（本软件采用FIX Dynamic DataExchange I/O driver）从I/O中读入数据并将其传送到驱动器映象表（DIT）的指定地址；然后扫描、报警和控制程序(SAC)从DIT读入数据，进行处理并把它传给过程数据库；内部数据库访问功能从数据库中读取数据并把它传递给要取数据的应用软件。所以，数据库是FIX的核心。画面编辑、报警、曲线显示等等功能都要依靠数据库，数据库设计的好坏也直接关系到各个部分功能的实现。 FIX软件提供了不同类型的块，每一个块完成唯一的功能。生成数据库的目的就是按一定顺序把这些块链接起来完成一个特定的任务。一个链能够完成检验、自动报警、获得数据以及过程控制等功能。一个数据库包括了很多链，以完成不同的功能。因为数据库的内容比较多，下面仅举两例进行简要说明：例一，一号焦炉采集点PIC202是模拟量，故一级块选用模拟量输入块，在此块的属性对话框内输入一些数据，就可以完成一定的功能，非常方便。定义此点的点名为J1PIC202，因为是从DDE客户端读取数据，所以硬件特性栏中设备应为DDE，I/O地址是＝hkdde|var!aio.pv ；工程单位定义为：下限0.00kpa,上限为4.00kpa；扫描时间为1秒；此节点的后继块为扩展趋势块J1PIC202ETR。这个链就建好了，运行时扫描、报警和控制程序（SAC）就以定义好的时间间隔执行每个块的指令，完成定义的功能；例二，模拟量采集点PI401要求有报警信息，所以选取模拟量报警块为一级块，在报警栏要选择“允许报警”选项，并填写高报警时此模拟量的值，同时定义了两个触点名：J1PI401H.F_CV和J1PI401L.F_CV分别对应高、低限，当越限时，使J1PI401H和J1PI401L的值分别为1，而J1PI401H和J1PI401L实际上是两个硬件特性为SIM的开关量报警块，这个链的关系可以由图3说明。 图3 报警链结构图 4.3历史趋势显示 FIX是通过历史定义、历史采集和历史显示三个独立的程序来完成历史趋势显示功能的。在做系统设计时，先在历史定义里定义好所有需要历史记录的采集点；然后使历史采集程序在系统运行时始终运行并将采集来的数据存储在硬盘上；最后，在用户需要观察采集量历史时在历史显示程序中使用相应的画笔将数据以图形形式显示在界面上。 4.4数据备份 FIX提供了历史数据备份的功能，可以根据用户的定义灵活方便地按照规定的要求将数据存储。要使用FIX的历史数据，必须要先让FIX采集现场的量并存储于硬盘上并通过自己的DDE服务器将历史数据共享给DDE客户程序，本系统采用了EXCEL作为DDE客户程序。基本流程如图4： 图4 数据流图 5.结束语 在该焦化厂测控系统中，CAN总线技术和FIX组态软件得到完美结合，系统运行稳定可靠，抗干扰能力强，操作简单方便，深受用户的欢迎，因而该方案具有实用推广价值。 参考文献 1、 魏瑞轩，韩崇昭等，基于CAN总线构件大型复杂工业现场的实时测控网络,工业仪表与自动化装置，2000.6 2、 王岩，张福恩，现场总线技术的现状与发展，电子器件，2001.3 3、 王新英，工控组态软件FIX32体系结构及其应用，微计算机信息，2001（17） 4、 刘晓强等，FIX组态软件在微机监控中的二次开发与应用，煤炭科学技术,2000.2 作者简介：杨伟（1965-），男，讲师，从事电力系统自动化及工业生产自动化方面的教学与研究工作。 通信地址： （210094 南京市南京理工大学动力学院807教研室 ）杨伟 电话：（025）4315987 13851879502