李啟民+仲梁維+曹萌
摘 要:為了及時獲得蒸酒產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)白酒量以及采集蒸酒產(chǎn)生的酒頭量和酒尾量,以便有效分配、利用資源,實現(xiàn)產(chǎn)量最優(yōu)化,以某酒廠成品酒產(chǎn)量管理系統(tǒng)為例,研究了組態(tài)軟件InTouch在成品酒生產(chǎn)監(jiān)控中的應用。闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設計原理、組態(tài)界面,研究了組態(tài)軟件的關(guān)鍵技術(shù),搭建了運行流暢、數(shù)據(jù)豐富、實時觀察的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)滿足信息監(jiān)控及表達一體化、自動化、可視化要求,提高了管理、生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞:組態(tài)軟件;產(chǎn)量監(jiān)控;生產(chǎn)管理系統(tǒng);InTouch;PLC
DOIDOI:10.11907/rjdk.171253
中圖分類號:TP319
文獻標識碼:A 文章編號:1672-7800(2017)007-0081-03
0 引言
隨著白酒工藝的進步,白酒種類的劃分越來越精細。在工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)環(huán)境下,為獲得科學的生產(chǎn)數(shù)據(jù),及時將各種數(shù)據(jù)直觀顯示,結(jié)合白酒生產(chǎn)復雜、產(chǎn)量巨大等特點,設計了穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟實用的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng),同時研究了該系統(tǒng)的人機界面(Human Machine Interface,HMI)[1]。
人機界面是人和電腦之間傳達信息的交流接口,也是監(jiān)控系統(tǒng)和操作者之間交換信息的中介,是信息的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)化為人類可接受形式的關(guān)鍵。
本文結(jié)合某大型白酒廠產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的人機界面交互需求,綜合研究國內(nèi)外工控組態(tài)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀,考慮各種組態(tài)工控軟件的優(yōu)缺點,選用InTouch組態(tài)軟件開發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)傳遞、可視化、趨勢分析等功能。
1 InTouch組態(tài)軟件
組態(tài)(Configure)具有配置、設定、設置等含義,通俗來說,就是用戶不用編寫計算機系統(tǒng)相應程序,通過 “搭積木”組合方法來滿足軟件功能需求,也可稱為“二次開發(fā)”,組態(tài)軟件相對應稱為“二次開發(fā)平臺”。國內(nèi)組態(tài)軟件市場主要有:InTouch、iFIX、WinCC、組態(tài)王。InTouch組態(tài)軟件為開發(fā)者提供了便捷的開發(fā)環(huán)境和多種功能,軟件自身就是一個開放、可擴展的人機界面,所以InTouch組態(tài)軟件在食品、制藥、交通運輸?shù)刃袠I(yè)得到廣泛應用[2-3]。
組態(tài)軟件功能如下:
(1)強大的界面顯示功能。工控軟件一般在Windows環(huán)境下運行,結(jié)合Windows完善的圖形功能、美觀的界面、多種功能的工具欄,操作工程師能夠直接進入系統(tǒng),更加高效便捷。多樣化圖形控件與豐富的工況圖庫,不僅能提供設計過程中需要的組件,還能在界面上制作向?qū)А?/p>
(2)更好的開放性。開放性一般定義為:組態(tài)軟件可以和多種通信協(xié)議互聯(lián),支持多種硬件設備。開放性起到衡量組態(tài)軟件等級的作用。組態(tài)軟件向下能和低層的數(shù)據(jù)采集儀器通信,向上可和管理層連接,做到上位機和下位機的雙向通信。
(3)多樣化功能模塊。組態(tài)軟件能夠提供多種控制功能,實現(xiàn)用戶指定的測控功能與現(xiàn)場功能。通過豐富的功能模塊,實現(xiàn)實時監(jiān)控、報表生成、生成歷史曲線、顯示實時曲線、分布報警等功能。系統(tǒng)帶有可視化的人機界面,簡單易學,不僅適用于單機集中式控制、DCS分布式控制,還具備遠程通信能力。
(4)強大的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件帶有實時數(shù)據(jù)庫,能夠存儲多種類型數(shù)據(jù),滿足系統(tǒng)和設備通信要求。
(5)可編程的程序指令。用戶可依據(jù)自己的要求編程。
(6)可靠的安全防范。不同人員分配不同管理權(quán)眼,以確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。
(7)仿真功能。組態(tài)軟件為開發(fā)者提供強大的仿真功能,系統(tǒng)能并行設計,以減少開發(fā)周期。
本文基于InTouch軟件設計了某白酒產(chǎn)量管理監(jiān)控系統(tǒng),從系統(tǒng)設計原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能、組態(tài)界面設計等方面進行研究。
2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設計
2.1 監(jiān)控系統(tǒng)設計原理
白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)包括產(chǎn)量監(jiān)控模塊、生產(chǎn)設備診斷模塊、產(chǎn)量預測模塊,以上多個功能模塊基于.NET架構(gòu),基于C語言開發(fā),以C/S模式嵌入到服務器端,把白酒產(chǎn)量數(shù)據(jù)、設備診斷結(jié)果、產(chǎn)量趨勢發(fā)送到監(jiān)控軟件,在界面上顯示。
白酒產(chǎn)量監(jiān)控軟件以InTouch組態(tài)軟件作為基本單元,主要分為3個層次[4]:
(1) 數(shù)據(jù)源管理層。數(shù)據(jù)采集設備通過標準總線連接組態(tài)軟件,把各種傳感器采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到組態(tài)軟件。
(2) 輔助數(shù)據(jù)管理層。前期開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng),需設計多個特種接口,把分析、判斷、預測軟件的數(shù)據(jù)同步上傳。
(3) 開發(fā)和應用層。通過由腳本語言、自定義C#組件等方法開發(fā)的組態(tài)程序,能大幅提高組態(tài)軟件的可視化、操作性。
監(jiān)控系統(tǒng)設計原理如圖1所示。
2.2 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面設計
白酒產(chǎn)量監(jiān)控組態(tài)界面設計成多個層次,在確保便捷性、安全性的情況下,結(jié)合白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu),開發(fā)出具靈活性、針對性、層次化的組態(tài)界面,主要包含3層[5]。
(1)對象監(jiān)控界面。從白酒產(chǎn)生站位、分等級監(jiān)測點、生產(chǎn)線關(guān)鍵點,分別設計產(chǎn)量監(jiān)控界面,對整個生產(chǎn)線監(jiān)測點位置采集到的實時數(shù)據(jù)進行監(jiān)控分析,通過顏色和動態(tài)效果等方式將白酒產(chǎn)量預測、報警信息生動地顯示出來。
(2)功能管理界面。對白酒產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)查詢、生產(chǎn)設備故障診斷案例庫、產(chǎn)量趨勢分析、各階段白酒產(chǎn)量數(shù)據(jù)導出等功能進行管理。
(3)設定報警界面。白酒劣質(zhì)酒量過多、生產(chǎn)設備發(fā)生故障時,組態(tài)軟件以直觀形象、簡單易懂的方式顯示,通過故障診斷案例數(shù)據(jù)庫能夠調(diào)出匹配的診斷案例。
白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面如圖2所示。
2.3 監(jiān)控系統(tǒng)設計標準
某酒廠產(chǎn)量管理系統(tǒng),采集酒頭產(chǎn)量控制室、酒尾產(chǎn)量控制室、垂直單元馬達控制中心、成品酒控制中心、生產(chǎn)設備監(jiān)控中心等區(qū)域數(shù)據(jù),并進行各階段酒量檢測、生產(chǎn)設備運行情況監(jiān)控。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)包括儀表變頻器采集層、PLC控制層、上位機監(jiān)控層[6]。
(1)儀表變頻器采集層。采集儀器采用DIRIS A40儀表和AB PF 700變頻器。通過RS-485協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送到AnyBus X-Gateway AB 700工業(yè)網(wǎng)關(guān)。在網(wǎng)關(guān)中從RS-485協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus協(xié)議。網(wǎng)關(guān)通過Modbus完成與PLC控制層的通信,35臺網(wǎng)關(guān)覆蓋了整個系統(tǒng),以處理酒廠產(chǎn)量自動化控制多種現(xiàn)場總線共存的問題。
(2) PLC 控制層。分別配備一臺Siemens S7-400 PLC與一臺Siemens MP377 Touch觸摸屏,以便系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。酒量控制中心配置一套控制器以便采集產(chǎn)量信息。
(3)上位機監(jiān)控層。光纖環(huán)網(wǎng)將PLC與對應的主控室連接起來,環(huán)網(wǎng)節(jié)點采用Siemens SCALAN-CE X 系列交換機。InTouch 作為上位機產(chǎn)量管理系統(tǒng)的HMI軟件,同時配置一個存放歷史數(shù)據(jù)、有2 200個標記名的Historian Server。通過主控室服務器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸檔、統(tǒng)計分析與發(fā)布。
系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。
3 通信與存儲查詢技術(shù)
3.1 InTouch與PLC通信技術(shù)
InTouch與Siemens S7-400 PLC的通信不一定通過西門子Simaticnet 軟件, SIDirect- DAServer可以通過DDE、FastDDE、SuiteLink、OPC協(xié)議等方式連接InTouch[7-8]。
在白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)中,每一個數(shù)據(jù)采集器利用OPC、Modbus等方式把傳感器的數(shù)據(jù)實時上傳到相對應的數(shù)據(jù)庫DASever中,組態(tài)上位機與數(shù)據(jù)庫DASever相連接,依靠InTouch的訪問名進行數(shù)據(jù)庫更新。
在監(jiān)控系統(tǒng)中,填寫PLC地址等相關(guān)參數(shù),同時需要設置Device Group主題名,考慮電源塊單占一個槽,所以S7-400 PLC的槽號設置為2。以此類推,電源塊占兩個槽,S7-400 PLC的槽號設置為3。
在InTouch中配置訪問名,首先保證主題名要與在SMC的Device Group 選項中配置的主題名一致,然后將PLC中數(shù)據(jù)地址與InTouch標記名關(guān)聯(lián)起來,以實現(xiàn)InTouch和PLC之間的通信。
3.2 數(shù)據(jù)存儲與查詢技術(shù)
為了更加高效地存儲、查詢白酒產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù),酒廠采用Historian Server進行數(shù)據(jù)信息管理。Historian Server是一款基于Microsoft SQL Server軟件建立的實時應用系統(tǒng),在數(shù)據(jù)快速采集、實時存儲、同步SQL數(shù)據(jù)訪問等方面具有很大優(yōu)勢。
該生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過InTouch軟件把標記名按照批次導入到Historian Server數(shù)據(jù)庫中,以便進行數(shù)據(jù)信息管理。以“Runtime”(系統(tǒng)默認且不能修改)命名Historian Server數(shù)據(jù)庫名稱。通過以下SQL語句訪問Historian Server查詢存儲數(shù)據(jù):
Use Runtime
Set Nocount On
Declare @StartDate DateTime
Declare @EndDate DateTime
Set @StartDate=”2017-1-15”
Set @EndDate=GetDate( )
Set Nocount Off
Insert Test.dbo.Test
Select Tagname ,DateTime,Value From History Where[查詢條件]
3.3 基于Excel的InTouch報表開發(fā)
通過SQL語句查詢白酒產(chǎn)量的歷史數(shù)據(jù),將查詢的數(shù)據(jù)以Excel表格呈現(xiàn)[9]。
(1)在配置InTouch的訪問名時,對應的應用程序名輸入“Excel”,主題名輸入Excel的保存路徑,以便系統(tǒng)快速檢索。
(2)在建立標記名時,數(shù)據(jù)類型應選擇IO型,項目名應輸入R1C1(第一行第一列),項目名的命名以此類推。
(3)在數(shù)據(jù)交換更新時,需要打開項目名與之對應的Excel表格,否則無法打開項目名為“Excel”的表格。
以下SQL語言指的是制作日報表的完整語句,打印時間是00:00:00,數(shù)據(jù)報表的關(guān)鍵開發(fā)語句如下:
//建立和數(shù)據(jù)的連接
StrCn=”dsn=my ; server=VYHM6BWOVP0OUG ; uid=sa ; pwd=1105 ;database=report”
Sqlstr=”select datetime , hour, a1 from report.dbo.report where datetime >=” & yesday & “00:00:00 and datetime<” & DTPicker1.Value & “00:00:00”
//執(zhí)行SQL語句
Cn.open strcn
Rs.activeconnection = cn
Rs.open sqlstr,cn
Rs.movefirst
While rs.eof = false
i = rs(“Hour”)
Worksheets(1).cells(i+3,3) = rs(“a1”)
Rs.movenext
End
Rs.movefirst
4 結(jié)語
本文從多角度研究分析了白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)要求,結(jié)合實際情況,基于InTouch組態(tài)軟件搭建了監(jiān)控管理系統(tǒng)。該項目經(jīng)過檢測試運行,突出了工控組態(tài)軟件平穩(wěn)高效、簡單安全的特點,提高了生產(chǎn)效率、降低了能耗。本文研究的關(guān)鍵技術(shù)使用效果很好,為今后的研究、項目實踐提供了參考和思路。
參考文獻:
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