工控组态软件功能分析及其在工业控制中的应用

三维力控® ForceControl工控组态软件是一个基于Windows环境下的数据采集、监测、处理和控制软件包。利用该组态软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，即可构成所需的软件功能，它正以其便捷的软件开发性能、易维护性和较低的开发费用而成为国内计算机控制系统的主流软件。 一、组态软件功能分析 (1)DRAW功能强大的人机界面组态工具。丰富的画面显示组态功能组态软件提供给用户丰富强大的绘图编辑、动画连接和脚本工具。DRAW是集成的开发环境，它使用面向对象的图形对象创建动画式显示窗口，同时它还为开发者提供了大量常用的工业设备图符、仪表图符、趋势图、历史曲线、报警对象等功能，它使用面向对象的图形对象创建动画式显示窗口。这些窗口的数据，图形显示可以来自过程I/O或Microsoft Windows第三方应用程序。 (2)VIEW高可靠、快速的图形界面运行系统。VIEW用来运行由DRAW创建的图形窗口，支持的画面数量不受限制，数据刷新速度快于5ms。软件提供工业标准数字模型库和控制功能库，满足用户所需的测控要求，能够对测控信息进行记录存储、显示计算、分析、打印，界面操作灵活方便，为保证数据安全性，还设有口令保护功能。 (3)DB先进的分布式实时数据库。DB是整个系统的核心、构建分布式应用系统的基础。它负责整个力控®应用系统的实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警信息处理、数据服务请示处理。DB与DRAW构成服务器/客户机模式，各网络节点上的DB通过网络服务程序可以构建成复杂的分布式网络应用系统。单机数据处理能力超过1万点，历史数据可以保存10年以上，网络数据处理能力超过5万点。 (4)I/O Server即I/O驱动程序。I/O Server完成与各种检测、控制设备的通信，负责从过程I/O设备读取实时数据，同时将来自图形界面和实时数据库的控制命令写入I/O设备。DB与I/O Server构成服务器/客户计算模式。I/O Server由很多单体程序构成，每个单体程序能够完成特定设备的通信功能，支持大多数主流控制设备生产商所提供的硬件。 (5)NetClient和NetServer高性能的网络通信服务程序。在NetClient和NetServer内部采用的TCP/IP通信协议，它保证用户可以充分利用Intranet或Internet的网络资源，保证数据刷新速度快于5ms，网络数据处理能力超过5万点。 二、三维力控®Force Control组态软件在大庆管修厂钻杆磨擦焊生产线监控系统中的应用 依据上述对组态软件的功能分析，结合钻杆磨擦焊生产线自动控制系统的实际情况，选择了三维力控®组态软件作为此工控系统的上位机监控软件。基于以上考虑其数据采集和控制器件采用日本OMRON CQM1H系列PLC、宇光温控仪、美国RETEC测温仪和日本TOSHIBA变频器；网络连接采用RS485总线传输，连接距离1.5公里，通信速率9600波特率；计算机采用研华工控机1GHz、256M内存、30G硬盘、20寸菲利浦大屏幕显示器；通讯适配器采用RS232C/RS484 RS422信号转换适配器。 本生产线监控系统为单机集中式控制系统，今后还可以通过电话拨号网络或Intranet把工控机连接到各管理部门工作站上，以实现集中式管理。在设计时考虑到：如果工控机出现故障不能工作，操作员可以在生产线现场对每一条生产线进行控制，回到传统的手动控制方式。 整个工控系统硬件控制模式如下图。 1、 磨擦焊生产线概况与监控要求 ⑴生产概况：磨擦焊生产共有三条，退火生产线、淬火生产线和回火生产线。控制系统基本的分布情况是：退火定位信号2点、上料信号1点、中频感应圈温度信号1点；淬火定位信号4点、上料信号1点、中频感应圈温度信号1点；回火定位信号2点、上料信号1点、中频感应圈温度信号1点。 ⑵监控要求：监系统应满足以下要求。 ①信号采集：信号采集包括对标准数据信号的采集和对中频感应圈温度信号等非标准数据信号的采集。 ②监控操作：监控操作包括操作控制、参数设定等。 ③动态显示：包括动态流程图显示、报警显示、实时温度曲线显示等。 ④操作画面：通过画面操作可查询与管理生产系统，如打印实时报表和历史报表，并可任意设定打印的历史报表的时刻。 ⑤系统具备可扩展性。 2、软件设计 根据生产线的实际情况和监控要求，此工控系统共组态DI（数字量输入）36路；DO（数字量输出）32路；AI（模拟量输入）16路；AO（模拟量输出）3路。应用系统主要开发了24个显示画面，画面内容丰富，包括了如模拟表盘、数字表、趋势图、总貌图、历史曲线、实时温度曲线、历史报警、生产流程图、生产报表和在线帮助等十多种显示组件。在系统中采用了两种方法来处理输入/输出量的控制：一是不需要控制，数据从现场采集到工控机后，可以直接在显示器显示；二是需要进行判断、计算的各种参数和变量，需要经过相应模块的计算、判断、编程，然后再进行显示、输出和控制。 ⑴数字量信号：现场电磁阀及报警信号的检测采用CQM1H系列PLC完成，力控®I/O驱动程序负责完成PLC数据的读／写操作。 ⑵模拟量信号：中频感应圈温度信号由美国RETEC测温仪采集后送往宇光温控仪，温控仪将信号转换为数字信号再采用RS485与上位机中的力控®软件通信由其处理采集到的信号，将其测量值与上限报警值相比较据此产生超温报警信号，并在显示器上显示。 ⑶智能通信传送：由于一台上位机同时监控三条生产线，所以必须对各条生产线的PLC及温控仪等控制设备加以区分。本系统中将不同的PLC及温控仪赋以不同的站点号来加以区分。 ⑷显示画面：根据工艺提出的生产要求，力控®软件操作画面的设计采用主菜单的形式。并且在每幅画面中分别有按钮进行切换，画面包括主菜单、动态流程图及温控曲线画面、报表画面、报警画面、历史数据查询画面等。 在流程图画面中（如下图），根据流程图当前批示颜色和闪烁状态可以确定现场各条生产线此时所处的工作状态。例如：退火流程图监控下的圆形回退指示块此时显示为红色且在不断闪烁，这说明淬火生产线上的钻杆当前正处于回退的操作中。 当系统发生异常报警时，实时报警画面自动弹出（如下图），并且在画面右上方的报警指示灯在不断闪烁，同时上位机发出报警铃声，以警告操作者。根据报警显示画面中给出的异常位号和注释，可以判断出是哪部分出现了异常和异常情况的类型。 通过点击历史报警按钮，还可以查询过去曾经发生过的所有报警情况。 ⑸DDE动态数据链接（客户程序和服务器程序之间的动态数据通信方式）：服务器方检测数据变化，当数据一旦发生变化则服务器方自动将变化过的数据发向客户方面而不需客户方的请求。在组态应用程序时需要给出DDE的定义，包括服务（Service）和主题（Topic）。服务就是服务器程序的名字，本程序中为EXCEL；主题就是服务器程序提供服务名，即EXCEL的各个工作表。 3、系统调试及运行情况 应用脚本程序编制时，一定要考虑通信的速度。如果不停地循环地向控制器（PLC）下置数据，会影响数据采集速度。因此，向PLC发送控制命令的程序动作应该尽量放在数据改变脚本中执行。 根据不同的设备可以反复调整系统参数的配置，使之达到最佳工作状态，因为不同的设备对采集速率有不同的要求。重要的控制功能由稳定可靠的PLC去完成，这样当上位机出现故障时就不会影响现场控制，做到危险分散、集中控制。 经过近二年的实际应用，结果表明：大庆管修厂磨擦焊车间自从钻杆磨擦焊生产线微机监控系统投入使用以后，大大地提高了劳动效率、产品合格率，而且降低了工作强度、简化了操作和维修、降低了生产费用、车间的经济效益得到了显著的提高。 三、结束语 目前，在我国大多数工业企业中对生产设备进行联网管理调度的要求日益迫切，因此组态软件得到了迅速发展，代表产品有组态王、Intouch、Fix、力控、Genie以及Siemens公司组态软件等。开发人员可根据具体的控制系统、控制对象和用户的具体要求选用合适的组态软件。 参考文献 1、《监控组态软件及其应用》 清华大学出版社 2001 2、《微机接口技术》邵时主编 清华大学出版社 2004 3、《过程控制系统》涂植项、朱麟章 机械工业出版 1987