譚潔玉

（東南大學電氣工程學院，江蘇南京 210096）

一種基于iFIX的監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

譚潔玉

（東南大學電氣工程學院，江蘇南京 210096）

為了便于實時監(jiān)視和控制除塵器的工作情況，介紹了一種基于組態(tài)軟件iFIX的靜電除塵器監(jiān)控系統(tǒng)，包括此控制系統(tǒng)的整體結構、監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及讀取方法、主要界面功能及其與下位機通訊的配置。針對實際生產中各物理量不斷變化的特點提出了優(yōu)化控制的方法，有效減小了能耗。實驗證明系統(tǒng)操作便捷，安全可靠，方便使用者實時查看系統(tǒng)運行情況，同時可根據(jù)實際需要適時調節(jié)控制參數(shù)。

靜電除塵器；iFIX；監(jiān)控系統(tǒng)；通訊；界面；SQL SERVER

0 引 言

作為治理大氣污染的重要設備，靜電除塵器具有除塵效率高，消耗動力少的優(yōu)點，在我國環(huán)境保護事業(yè)中起著重要作用。如今，靜電除塵器已經廣泛應用于鋼鐵工業(yè)、有色冶金、建材工業(yè)、電力工業(yè)、化學工業(yè)、輕紡工業(yè)以及其他工業(yè)領域乃至民用領域。良好的除塵器監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地監(jiān)視、修改控制參數(shù)，對于除塵系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。本文所述的監(jiān)控系統(tǒng)可用于監(jiān)控某水泥廠的除塵設備，文中主要介紹了此控制系統(tǒng)的整體結構、監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲及讀取方法、主要界面功能及其與下位機通訊的配置。

1 iFIX簡介

iFIX是全球最領先的HMI／SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件，是基于WindowsNT／2000平臺上的功能強大的自動化監(jiān)視與控制的軟件解決方案［1］。生產的關鍵信息可以通過iFIX貫穿從生產現(xiàn)場到企業(yè)經理的桌面的全場管理體系，以方便管理者做出更快速更高效的決策，從而獲得更高的經濟效益。iFIX圖形顯示的基本結構如圖1所示。

2 系統(tǒng)結構

2．1 系統(tǒng)總體架構

本控制系統(tǒng)分成兩大部分：上位機監(jiān)控系統(tǒng)和底層控制設備。下位機是由單片機組成的控制系統(tǒng)，上接至觸摸屏顯示和修改參數(shù)，監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)視觸摸屏信息即可實時了解并通過高、低壓控制板控制除塵器工作情況。系統(tǒng)總框圖如圖2所示。

圖1 iFIX圖像顯示的基本結構

2．2 上位機監(jiān)控系統(tǒng)結構

監(jiān)控系統(tǒng)主要分成3個層次：通訊驅動層、數(shù)據(jù)管理層和人機界面層。通訊驅動層實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)對觸摸屏的數(shù)據(jù)采集并將控制參數(shù)設置至觸摸屏中；數(shù)據(jù)管理層實現(xiàn)實時、歷史數(shù)據(jù)管理和報警信息處理功能；人機界面層通過圖表、數(shù)據(jù)連接、動畫、控件等形式將除塵設備運行狀態(tài)實時顯示在屏幕中。監(jiān)控系統(tǒng)軟件層次及結構如圖3所示。

3 功能實現(xiàn)

3．1 監(jiān)控系統(tǒng)與下位機通訊

圖2 系統(tǒng)總體框圖

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件層次及結構

此通訊系統(tǒng)中iFIX作為主站，基于ARM觸摸屏作為從站。觸摸屏作為Modbus TCP從站時，外部主站可以通過Modbus的01、02、03、04、05、06、0F、10命令訪問人機界面的內部變量。命令訪問的地址對應人機界面變量的ID，其中01、02、05、0F命令對位變量訪問，03、04、06、10命令對字變量訪問。

利用iFIX進行上位機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)首先要進行SCU配置。要想實現(xiàn)對下位機的數(shù)據(jù)采集及控制必須首先配置通訊驅動程序［2］。iFIX有兩種模式的I／O驅動：基于串口的驅動程序和基于TCP／IP的驅動程序［3］。本監(jiān)控系統(tǒng)采用Modbus TCP協(xié)議進行上下位機通信，需要在SCU的SCADA阻態(tài)配置中啟用SCADA支持后添加MBE－Modbus Ethernet v7．17b驅動器。

MBE是iFIX用于Modbus TCP協(xié)議的驅動，需在Power Tool中配置相關屬性［4］。通道選項卡中需配置本臺電腦的主網卡。設備選項卡中配置觸摸屏的IP地址、數(shù)據(jù)應答和延遲時間、重試次數(shù)等。配置下位機單元號為1、地址長度為6，寄存器位順序為0～15。在高級配置中勾選使用的功能碼等。數(shù)據(jù)塊選項卡中需配置觸摸屏的地址、數(shù)據(jù)類型、輪詢時間等。根據(jù)上位機對下位機數(shù)據(jù)讀寫功能的不同需求選擇不同功能碼。MBE驅動中的下位機地址與Modbus協(xié)議對應的功能碼如表1所示。

表1 MBE驅動中數(shù)據(jù)塊地址與Modbus協(xié)議對應功能碼

數(shù)據(jù)塊配置畫面及通信結果如圖4。

圖4 數(shù)據(jù)塊配置界面及通信結果

3．2 數(shù)據(jù)庫設計及訪問

3．2．1 過程數(shù)據(jù)庫配置

過程數(shù)據(jù)庫由獨立的標簽塊組成，每個標簽點中可配置與之相關的I／O地址、掃描時間、報警區(qū)域等，可根據(jù)需要自行調節(jié)。本監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)分基本參數(shù)與狀態(tài)參數(shù)兩類。基本參數(shù)即上位機向下寫入的數(shù)據(jù)，如高低壓工作狀態(tài)、閃頻／閃封數(shù)等，可根據(jù)設備的運行情況修改這些參數(shù)。狀態(tài)參數(shù)為監(jiān)控系統(tǒng)從下位機讀取的數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)只可被查看而不能通過上位機更改。對于重要的狀態(tài)參數(shù)及報警信息則保存至歷史數(shù)據(jù)庫中，用戶可以表格或曲線的形式查看這些數(shù)據(jù)。

采用EXCEL表格導出的方式建立標簽點，標簽點建成后再將表格導入數(shù)據(jù)庫即可。標簽點命名采用3級命名法，即“電場號－設備名－拼音簡寫”的方式。當需要查找標簽點時，比如需查找1電場1設備的所有數(shù)據(jù)，只需輸入“*A1－N1*”即可得到所要結果。掃描時間統(tǒng)一配置成1 s，此處的掃描時間必須大于MBE驅動中配置的掃描時間。

3．2．2 數(shù)據(jù)庫存儲及訪問

采用外部關系型數(shù)據(jù)庫SQL SERVER存儲歷史數(shù)據(jù)。利用開放式數(shù)據(jù)庫互聯(lián)（ODBC）技術實現(xiàn)iFIX組態(tài)軟件與SQL SERVER的通訊，用于存儲歷史數(shù)據(jù)及報警信息［5］。首先需在數(shù)據(jù)源管理器中配置系統(tǒng)DSN，添加驅動程序及數(shù)據(jù)源，然后在iFIX的SCU啟用SQL支持后配置SQL SERVER中的數(shù)據(jù)庫及表，在數(shù)據(jù)庫管理器中創(chuàng)建SQT和SQD數(shù)據(jù)塊后即可進行數(shù)據(jù)的存儲及讀取操作［6］。在SCU中開啟并配置報警ODBC服務后可將報警信息存入SQL SERVER中。

3．3 HM I功能

本監(jiān)控系統(tǒng)對單臺靜電除塵器進行監(jiān)控，共三個電場，每個電場配備兩臺除塵電源設備，對每臺設備的監(jiān)測分高、低壓兩部分。畫面包括運行主界面、基本參數(shù)設定、實時參數(shù)顯示、歷史參數(shù)查詢、報警處理等。各畫面主要功能如下：

主界面顯示各設備主要高低壓狀態(tài)參數(shù)，包括高壓側電壓電流、低壓側振打／加熱狀態(tài)、高低壓工作方式、通信情況、進／出氣溫度和濃度等。為了更直觀，用不同顏色表示正常工作及故障狀態(tài)，以動畫的形式顯示灰斗料位情況，便于操作者迅速對除塵情況作出判斷及調整。操作人員亦可根據(jù)實際運行情況更改高低壓側基本參數(shù)，參數(shù)更改后，數(shù)據(jù)即被傳入觸摸屏，觸摸屏執(zhí)行相應通信幀，則下位機控制系統(tǒng)會調整相關的輸出，從而實現(xiàn)改變。系統(tǒng)主畫面如圖5所示。

實時參數(shù)畫面主要顯示高低壓主要狀態(tài)參數(shù)。對于重要的參數(shù)如高壓一、二側電流，采用曲線顯示以便于觀察。部分狀態(tài)參數(shù)會自動保存至SQL SERVER中，查詢數(shù)據(jù)或趨勢曲線時只需輸入相應的時間、選擇要查詢的曲線即可看到其變化趨勢。

報警系統(tǒng)分危急報警、高報警、低報警三個等級，分別用紅色、粉色及黃色三種顏色加以區(qū)分。對于危急報警采用PG塊編寫程序，實現(xiàn)語音報警，便于操作員快速察覺處理故障。各報警信息會自動存入歷史數(shù)據(jù)庫中，通過使用OLE對象及VisiconX控件進行數(shù)據(jù)調用，查詢時既可按時間段也可按條件查看相應區(qū)間的報警。

3．4 系統(tǒng)的優(yōu)化控制

通過分析伏安特性曲線及輸出電壓電流曲線，可準確判斷是否有反電暈現(xiàn)象發(fā)生。監(jiān)控系統(tǒng)通過調節(jié)輸出參數(shù)可控制下位機，調整其輸入功率來控制反電暈［7］。同時，通過采集出口煙氣的濃度、溫度及濕度等物理量，自動調整電除塵器各電廠的控制參數(shù)，在保證甚至提高電除塵效率的基礎上降低了能耗［8］。系統(tǒng)的優(yōu)化控制圖如圖6所示。

4 結束語

圖6 系統(tǒng)優(yōu)化控制流程圖

使用iFIX組態(tài)軟件開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)與編程語言相比大大地節(jié)省了軟件調試的時間，界面形象生動，用戶可通過多種方式實時監(jiān)控下位機數(shù)據(jù)狀態(tài)，也可根據(jù)需要查詢數(shù)據(jù)及曲線。多層次報警系統(tǒng)方便操作者靈活、合理地安排處理故障的時間及批次，大大減小了危急故障帶來的損失。由此可見，不斷開發(fā)HMI／SCADA自動化監(jiān)控組態(tài)軟件必將對實際的生產活動帶來巨大的效益。

［1］鄭連鋼，徐田龍．基于OPC技術的iFIX與S7－200PLC的通訊實現(xiàn)［J］．自動化技術與應用，2013，32（5）：70－72．

［2］趙鋼，徐杰，劉紅苗．基于PLC和iFIX的小區(qū)供熱鍋爐控制系統(tǒng)［J］．自動化與儀表，2012，27（10）：38－41．

［3］李偉，張申．基于iFIX的配煤自動化設計［J］．電氣傳動，2008，38（3）：43－45．

［4］林麗燕．iFIX與AB PLC的通訊配置［J］．工業(yè)控制計算機，2011，24（3）：24－25．

［5］黃運生，董克冰，陳學．基于ODBC的iFIX3．0系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息采集的研究［J］．湘潭師范學院學報（自然科學版）．2006，28（4）：19－22．

［6］王磊，詹惠琴．iFIX組態(tài)軟件在污水處理控制系統(tǒng)中的應用［J］．自動化應用，2011，52（8）：6－8．

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［8］陳穎悟．電除塵控制系統(tǒng)設計與節(jié)能算法研究［D］．杭州：浙江大學，2008．

Design and Im plementation of an iFIX-based Monitoring System

TAN Jie-yu
（Institute of Electrical Engineering，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China）

To facilitate real-timemonitoring and control of the working status of the precipitator，this paper introduces amonitoring system for electrostatic precipitators based on configuration software iFIX，including integral structure of the control system，methods of data storage／reading of host computer，main interface functions，and configuration of communication with the slave computer．In view of continuously changing physical quantities in productive activity，it presents optimal controlmethods to reduce energy consumption．As proved in the experiment，the system is characterized through easy，safe and reliable operation，and the operator can easily check the running status of the system on a real-time basis and adjust control parameters at proper time according to actual needs．

electrostatic precipitator；iFIX，monitoring system；communication；interface；SQL Server

10．3969／j·issn．1000－3886．2014．04．022

TP277

A

1000－3886（2014）04－0065－03

譚潔玉（1990－），女，江蘇徐州人，碩士，研究方向：電力電子與電力傳動。

定稿日期：2013－10－15