組態(tài)技術(shù)在煤礦信息化中的應(yīng)用

1、組態(tài)技術(shù)在煤礦信息化中的應(yīng)用華洋通信科技股份有限公司系統(tǒng)集成事業(yè)部 ：丁宇輝 TelE-mail:組態(tài)技術(shù)概述煤礦綜合信息化架構(gòu)組態(tài)軟件典型組態(tài)軟件介紹-iFIX案例組態(tài)控制技術(shù)簡介-計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成 組態(tài)控制技術(shù)是一種計算機控制技術(shù)。 計算機控制技術(shù)就是利用計算機控制某種設(shè)備使其按照指定的要求來進行工作。 人工控制 自動控制 計算機控制 由被控對象、傳感器、IO接口、計算機和執(zhí)行機構(gòu)幾部分組成 傳感器的作用是對被控對象的各種參數(shù)進行檢測。 傳感器、執(zhí)行機構(gòu)一般置于生產(chǎn)現(xiàn)場，和被控對象在一起，也叫現(xiàn)場設(shè)備。采用組態(tài)技術(shù)的系統(tǒng)，計算機一般都置于控

2、制室。 如果把計算機比喻成系統(tǒng)的大腦，傳感器就相當(dāng)于它的眼睛，執(zhí)行器就是手和腳。 計算機和傳感器及執(zhí)行器之間需要I/O接口設(shè)備來進行信號的轉(zhuǎn)換與聯(lián)系，因此，I/O設(shè)備是溝通計算機和現(xiàn)場設(shè)備的橋梁。 組態(tài)控制技術(shù)簡介計算機控制系統(tǒng)的組成計算機控制系統(tǒng)的組成組態(tài)控制技術(shù)簡介-計算機控制系統(tǒng)的形式計算機控制系統(tǒng)的形式 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 直接數(shù)字控制(DDC) 集散式控制系統(tǒng)(DCS) 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS) 1 1按照系統(tǒng)的功能分類按照系統(tǒng)的功能分類組態(tài)控制技術(shù)簡介-DASDAS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS) 系統(tǒng)只進行參數(shù)的檢測，不對參數(shù)進行控制。I/O通道只有模擬量輸入(AI)和開關(guān)量輸入(D

3、I) 組態(tài)控制技術(shù)簡介-DDCDDC直接數(shù)字控制(DDC) DDC系統(tǒng)的I/O通道除了AI和DI外，還有模擬量輸出(AO)通道和開關(guān)量輸出(DO)通道 組態(tài)控制技術(shù)簡介-DCSDCS 集散式控制系統(tǒng)也稱為分布式控制系統(tǒng)，總體思想是分散控制，集中管理，即用幾臺DDC計算機分別控制若干個回路，再用監(jiān)督控制計算機對各DDC進行集中管理。 典型的三級結(jié)構(gòu)為過程控制級、控制管理級和生產(chǎn)管理級。 過程控制級由各控制站組成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用來進行生產(chǎn)的前沿檢測與控制。控制管理級由工程師站、操作員站、數(shù)據(jù)記錄檢索站等組成，供工程師進行程序調(diào)試和操作員進行生產(chǎn)監(jiān)控、手動操作、報表打印、數(shù)據(jù)

4、查詢等。生產(chǎn)管理級由生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)組成，可進行全廠生產(chǎn)情況匯總與調(diào)度。 集散式控制系統(tǒng)(DCS) 組態(tài)控制技術(shù)簡介-DCSDCS集散式控制系統(tǒng)(DCS) 組態(tài)控制技術(shù)簡介-FCSFCS現(xiàn)場總線控制方式(FCS) FCS系統(tǒng)是繼DCS之后的新一代計算機分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)首先要求現(xiàn)場變送器和執(zhí)行器采用智能部件，直接輸出數(shù)字信號，再通過現(xiàn)場總線以串行通信方式與計算機相連。 為使不同廠家生產(chǎn)的智能變送器、執(zhí)行器和過程控制級、控制管理級計算機之間相互兼容，彼此相連，同時還可與生產(chǎn)管理級計算機，甚至企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)、因特網(wǎng)相連，要求現(xiàn)場總線具有開放和統(tǒng)一的通信協(xié)議。 組態(tài)控制技術(shù)簡介 MCU:單片機為核心的

5、計算機測控系統(tǒng) PLC:以PLC(可編程控制器)為核心的計算機測控系統(tǒng) IPC:以IPC(工業(yè)PC機或稱工業(yè)控制計算機)為核心的計算機測控系統(tǒng) 利用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計算機控制系統(tǒng)是在以上三者特別是以IPC為核心的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 2按照設(shè)計方法的不同分類組態(tài)控制技術(shù)簡介-MCUMCU 以單片機為核心的計算機測控系統(tǒng)的突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)小型、價格低廉，因此廣泛應(yīng)用于智能儀器、儀表和小規(guī)模測控系統(tǒng)上。其缺點是硬件電路和軟件都要單獨設(shè)計，不能充分利用通用PC機提供的各種軟硬件資源，對設(shè)計人員的要求較高，產(chǎn)品常不具有通用性。目前在工控(即工業(yè)控制)領(lǐng)域應(yīng)用最多的是各種智能顯示調(diào)節(jié)儀表和智能變送器。 組

6、態(tài)控制技術(shù)簡介-PLCPLC、IPCIPC PLC是由繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來的?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，特別在以開關(guān)量為主的系統(tǒng)中，已成為控制的主要手段。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC也具有了模擬量控制功能。 以IPC為核心的計算機測控系統(tǒng)，最大的優(yōu)點是可充分利用一般計算機提供的各種軟件和硬件資源，不僅開發(fā)方便，更可利用Windows或其他操作系統(tǒng)，方便地進行生產(chǎn)的監(jiān)控管理。 組態(tài)控制技術(shù)簡介PC機用于測控的缺點：（1）普通PC機不適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾嚴(yán)重、高粉塵、震動等惡劣環(huán)境，也不針對那么多的工業(yè)I0設(shè)計。（2）需要單獨設(shè)計I0接口電路，獨立開發(fā)系統(tǒng)軟件 解決傳統(tǒng)測控方法的缺點工業(yè)

7、PC機(IPC) 、專門的各種通用接口電路如A/D、DA板卡及模塊 、專門用于工控的簡單易學(xué)的開發(fā)工具組態(tài)軟件 更重要的是，為了使三種控制技術(shù)發(fā)揮各自所長，許多智能儀表和PLC都開發(fā)了與IPC的通信功能 這樣，IPC、基于單片機的智能儀表和PLC可共存于一個系統(tǒng)中，構(gòu)成集散式計算機控制系統(tǒng)。 組態(tài)控制技術(shù)簡介 在這樣的系統(tǒng)中，智能儀表和PLC完成信號的前沿檢測與控制功能，IPC和組態(tài)軟件則用于系統(tǒng)的監(jiān)控。前面提到的許多廠家生產(chǎn)的ICS產(chǎn)品，都基于這種技術(shù)?？梢哉f，基于組態(tài)控制技術(shù)的計算機測控系統(tǒng)是計算機控制技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，其基本內(nèi)涵在于其硬件設(shè)計和軟件開發(fā)都具有“組態(tài)”性。 組態(tài)控制技術(shù)簡介組

8、態(tài)控制技術(shù)相對于傳統(tǒng)計算機控制技術(shù)的優(yōu)點組態(tài)控制技術(shù)相對于傳統(tǒng)計算機控制技術(shù)的優(yōu)點 硬件設(shè)計上：除采用工業(yè)PC機外，系統(tǒng)大量采用各種成熟通用的I0接口設(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備，基本不再需要單獨進行具體電路設(shè)計。這不僅節(jié)約了硬件開發(fā)時間，更提高了工控系統(tǒng)的可靠性 。 軟件設(shè)計上 ：采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)設(shè)計，軟件開發(fā)周期大大縮短了 組態(tài)軟件實際上是一個專為工控開發(fā)的工具軟件。它為用戶提供了多種通用工具模塊，用戶不需要掌握太多的編程語言技術(shù)(甚至不需要編程技術(shù))，就能很好地完成一個復(fù)雜工程所要求的所有功能。系統(tǒng)設(shè)計人員可以把更多的注意力集中在如何選擇最優(yōu)的控制方法，設(shè)計合理的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，選擇合

9、適的控制算法等這些提高控制品質(zhì)的關(guān)鍵問題上。另一方面，從管理的角度來看，用組態(tài)軟件開發(fā)的系統(tǒng)具有與Windows一致的圖形化操作界面，非常便于生產(chǎn)的組織與管理。 組態(tài)技術(shù)是計算機控制技術(shù)綜合發(fā)展的結(jié)果，是技術(shù)成熟化的標(biāo)志。由于組態(tài)技術(shù)的介入，計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用速度大大加快了。 組態(tài)控制技術(shù)簡介 一般來說，只要采用IPC，選擇通用接口部件和組態(tài)軟件，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)都是基于組態(tài)控制技術(shù)的。國內(nèi)外許多自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)了許多基于這種技術(shù)的DCS計算機系統(tǒng)，如德國西門子公司、日本三菱、臺灣研華、中國時利和等。這些系統(tǒng)提供各種工業(yè)PC機、I0板卡、模塊和專門針對自己系統(tǒng)的組態(tài)軟件，供自動化系統(tǒng)設(shè)計

10、人員組態(tài)選擇。 常用通用組態(tài)軟件有iFIX、MCGS、Kingview(組態(tài)王)、力控組態(tài)等。無論是專用還是通用組態(tài)軟件，一般都為用戶提供了數(shù)據(jù)采集與處理、畫面設(shè)計、動畫顯示、報表輸出、報警處理、流程控制等功能。下面我們就煤礦信息化系統(tǒng)架構(gòu)做一下簡單的闡述。常用基于組態(tài)控制技術(shù)的計算機系統(tǒng)和組態(tài)軟件常用基于組態(tài)控制技術(shù)的計算機系統(tǒng)和組態(tài)軟件煤礦信息化煤礦信息化組態(tài)軟件-組態(tài)與組態(tài)軟件組態(tài)與組態(tài)軟件組態(tài):英文單詞configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到使計算機或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求和目的。組態(tài)軟件:也稱人機界面HMI/MMI

11、 (Human Machine Interface /man machine interface)，或監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA (supervisory control and data acquisition)。組態(tài)軟件-組態(tài)與組態(tài)軟件組態(tài)與組態(tài)軟件 由于不同的用戶對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的要求差別很大，如人機界面的設(shè)計和系統(tǒng)硬件的配置等都不會相同，而供應(yīng)商又不能為每一個用戶專門開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，所以就預(yù)先研制一個軟件平臺，這個軟件平臺含有制作人機界面時常用的元件圖形庫，含有一般控制系統(tǒng)中常用的板卡、智能儀表、PLC等硬件設(shè)備的驅(qū)動程序庫等。然后，由用戶在這個軟件平臺上進行二次開發(fā)。這個二次開發(fā)的過程就

12、成為組態(tài)，相應(yīng)的開發(fā)平臺成為組態(tài)軟件。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件種類組態(tài)軟件種類 組態(tài)軟件是20世紀(jì)80年代中期隨著集散式系統(tǒng)DCS的誕生而出現(xiàn)的，當(dāng)時集散系統(tǒng)廠商只將本公司生產(chǎn)的控制設(shè)備（如板卡、智能儀表、智能模塊等）的圖形和驅(qū)動程序集中現(xiàn)在一起制作成庫，供用戶設(shè)計時選用，這樣的組態(tài)軟件依賴于硬件，不同的集散系統(tǒng)廠商開發(fā)的組態(tài)軟件只能適用于本公司生產(chǎn)的硬件，不可互相替代，如AB公司的RSView32,德國的Wincc等就是這種專用組態(tài)軟件。專用組態(tài)軟件。隨著PC機可靠性的不斷提高和在工控領(lǐng)域的普及和發(fā)展，以及世界上許多工控廠商主動公開通信協(xié)議，加入基于PC機的控制行列，于是又誕生了一些通用組態(tài)軟件通

13、用組態(tài)軟件。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件種類組態(tài)軟件種類組態(tài)軟件種類專為特定行業(yè)設(shè)計的組態(tài)軟件通用組態(tài)軟件北京亞控組態(tài)王組態(tài)軟件-組態(tài)軟件特點組態(tài)軟件特點 從美國WonderWare公司1987年推出的世界上第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件InTouch開始，由一枝獨秀到今天的百花爭鳴，不到30年的時間工業(yè)控制領(lǐng)域就發(fā)生了巨大的變化，組態(tài)控制技術(shù)誕生標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展到了一個成熟的階段，在此期間各家公司互相借鑒，互相學(xué)習(xí)，取長補短，使組態(tài)軟件的功能趨于同化，歸納起來有以下共同點：1、實時性與多任務(wù)。數(shù)據(jù)采集與處理、顯示與輸出，存儲與檢索、人機對話與實時通信等多個任務(wù)要在同一臺計算機上進行。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件

14、特點組態(tài)軟件特點2、可靠性與系統(tǒng)冗余。各組態(tài)軟件都提供了一套 完善的安全機制。如界面上所有可操作的東西都具有安全級別和操作權(quán)限，防止誤操作和非法操作。具備故障診斷和處理功能，一些組態(tài)軟件還具有熱備體系支持冗余。3、通用化和行業(yè)化。在開發(fā)通用版本的同時，各家公司也十分注重根據(jù)不同行業(yè)的特點開發(fā)不同領(lǐng)域的專業(yè)版本，如石油版、電力版等。4、標(biāo)準(zhǔn)通信與接口開放。采用標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議和外部設(shè)備接口，如OPC,ODBC等數(shù)據(jù)交換技術(shù)。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件特點組態(tài)軟件特點5、可擴展性與二次開發(fā)。當(dāng)用戶的企業(yè)發(fā)展壯大，原有的計算機控制規(guī)模需要擴大時，組態(tài)軟件具備方便、靈活的擴展能力。6、網(wǎng)絡(luò)控制與遠程控制。目前組態(tài)

15、軟件已不局限于早期的單機版，具備網(wǎng)絡(luò)控制功能的組態(tài)軟件可以連接成對等網(wǎng)，也可以連接成C/S結(jié)構(gòu)。計算機控制的發(fā)展正在向以太網(wǎng)靠攏，通過網(wǎng)卡將各種控制設(shè)備掛接在Internet網(wǎng)上，實施遠程控制。 7、內(nèi)部數(shù)據(jù)庫與外部數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件都有自己內(nèi)嵌的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和報表格式，但一些用戶往往需要使用第三方軟件來處理采集的數(shù)據(jù)，即要求使用通用數(shù)據(jù)庫來存放采集的數(shù)據(jù)如SQL Server、Oracle等。所以組態(tài)軟件還具有和通用外部數(shù)據(jù)庫的接口。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件特點組態(tài)軟件特點8、復(fù)雜運算與軟邏輯控制。隨著計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，組態(tài)軟件功能早已圖片了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和人機界面設(shè)計，目前已將PLC具有的一

16、些復(fù)雜運算功能植入到組態(tài)軟件中，稱為軟PLC或軟邏輯控制。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件主要解決的問題組態(tài)軟件主要解決的問題組態(tài)軟件實際上是一個針對計算機控制系統(tǒng)開放的工具軟件，應(yīng)為用戶提供多種通用工具模塊。應(yīng)解決這樣一些問題：u采集、控制設(shè)備間進行數(shù)據(jù)交換；u 使I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)與計算機圖形畫面上的各元素關(guān)聯(lián)起來；u 處理數(shù)據(jù)報警及系統(tǒng)報警；u 存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢；u 各類報表的生成和打印輸出；u 為使用者提供靈活、多變的組態(tài)工具，可以適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求；u 最終生成的應(yīng)用系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠；u 具有與第三方程序的接口，方便數(shù)據(jù)共享。組態(tài)軟件-組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)組態(tài)軟件結(jié)構(gòu)實時數(shù)據(jù)庫（變量表）

17、畫面趨勢分析模塊歷史數(shù)據(jù)庫歷史數(shù)據(jù)管理模塊事件管理模塊（操作等）報警管理模塊腳本語言模塊設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崟r報表模塊歷史數(shù)據(jù)報表模塊用戶權(quán)限管理模塊設(shè)備實時數(shù)據(jù)庫管理模塊統(tǒng)計分析模塊組態(tài)軟件-實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫實時數(shù)據(jù)庫就是變量表，包括：變量名稱、類型、初始值等信息；和設(shè)備數(shù)據(jù)對應(yīng)的關(guān)系；當(dāng)設(shè)置好實時數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)連接關(guān)系后，系統(tǒng)會自動讀出設(shè)備當(dāng)前數(shù)據(jù)已更新實時數(shù)據(jù)的值。當(dāng)用戶寫數(shù)據(jù)時，系統(tǒng)會自動把數(shù)據(jù)發(fā)送到相關(guān)的設(shè)備。組態(tài)軟件-數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流向示意圖數(shù)據(jù)流1外-內(nèi)工作過程畫面報警畫面歷史數(shù)據(jù)畫面數(shù)據(jù)流2內(nèi)-內(nèi)數(shù)據(jù)流3內(nèi)-外組態(tài)軟件-開發(fā)步驟開發(fā)步驟3.收集所有I/O點的I/O標(biāo)識

18、，填寫表格（表（表2 2）。 I/O標(biāo)識是唯一地確定一個I/O點的關(guān)鍵字，在大多數(shù)情況下I/O標(biāo)識是I/O點的地址或位號名稱。 1.收集所有I/O點的參數(shù)，填寫表格（表1） ，以便在監(jiān)控組態(tài)軟件和PLC上組態(tài)時使用。2.確定所使用的I/O設(shè)備的生產(chǎn)商、種類、型號，使用的通信接口類型，采用的通信協(xié)議。4.根據(jù)工藝過程繪制、設(shè)計畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖。組態(tài)軟件-開發(fā)步驟開發(fā)步驟6.根據(jù)表1和表2，在實時數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)庫變量與I/O點的一一對應(yīng)關(guān)系，即定義數(shù)據(jù)連接。7.根據(jù)前面設(shè)計的畫面結(jié)構(gòu)和畫面草圖，組態(tài)每一幅靜態(tài)的操作畫面（主要是繪圖）。 5.根據(jù)表1，建立實時數(shù)據(jù)庫（變量表），正確組態(tài)各種變

19、量參數(shù)。8.將操作畫面中的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接關(guān)系。9.對組態(tài)的內(nèi)容進行分段和總體調(diào)試。 10.系統(tǒng)投入運行。典型組態(tài)軟件典型組態(tài)軟件-iFIX-iFIX為什么選用為什么選用iFIX?iFIX? iFIX iFIX是全球最領(lǐng)先的是全球最領(lǐng)先的HMI/SCADAHMI/SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，已有超過400400，000000套以上的軟件在全球運行。世界上許多最成功的制造商都依靠套以上的軟件在全球運行。世界上許多最成功的制造商都依靠 GE GE FanucFanuc的的iFIXiFIX軟件來全面監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在包括煤軟件來全面

20、監(jiān)控和分布管理全廠范圍的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。在包括煤炭、冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油炭、冶金、電力、石油化工、制藥、生物技術(shù)、包裝、食品飲料、石油天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，天然氣等各種工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中，iFIX iFIX 獨樹一幟地集強大功能、安全性、通獨樹一幟地集強大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成為任何生產(chǎn)環(huán)境下全面的用性和易用性于一身，使之成為任何生產(chǎn)環(huán)境下全面的HMI/SCADAHMI/SCADA解決方解決方案。案。 利用利用iFIXiFIX各種領(lǐng)先的專利技術(shù)，可以幫助企業(yè)制定出更快、更有效各種領(lǐng)先的專利技術(shù)，可以幫助企業(yè)制定出更快、更有效的商業(yè)及生產(chǎn)決策，以

21、使企業(yè)具有更強的競爭力。的商業(yè)及生產(chǎn)決策，以使企業(yè)具有更強的競爭力。uPROFICYPROFICY產(chǎn)品發(fā)展史產(chǎn)品發(fā)展史 FIX32 FIX7.0FIX32 FIX7.0英文版英文版WIN98/NT/2000WIN98/NT/2000 FIX7.0C FIX7.0C中文版中文版WIN98/NT/2000WIN98/NT/2000 FIX DYNAMICS iFIX1.0 FIX DYNAMICS iFIX1.0 英文版英文版 WIN NTWIN NTiFIX2.1iFIX2.1英文版英文版 WIN NTWIN NTiFIX2.2iFIX2.2英文版英文版 WIN NTWIN NTiFIX2.5iFIX2.5英文版英文版 WIN NT/2000WIN NT/2000iFIX2.6iFIX2.6英文英文/ /中文