摘要：闡述了選礦控制系統(tǒng)中HMI 的設(shè)計要求，確定了選用iFIX
組態(tài)軟件做HMI 的設(shè)計。具體介紹了SCADA系統(tǒng)的HMI 實現(xiàn)方法，通過實踐說明iFIX 使整個自動化系統(tǒng)更加靈活、可靠，選用iFIX極大地提高了投資回報率，降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：iFIX，SCADA， PLC，人機界面
隨著技術(shù)的發(fā)展和管理要求的提高及節(jié)能降耗的要求，需選礦生產(chǎn)提高自動化水平、實現(xiàn)管控一體化，實現(xiàn)全面的數(shù)字化管理。為了達到上述要求，首先必須實現(xiàn)選礦現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控功能，在此基礎(chǔ)上再實現(xiàn)集中控制聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控功能，之后實現(xiàn)實時監(jiān)控信息系統(tǒng)。
本文以某公司的選礦生產(chǎn)流程為例，基于構(gòu)造一個可靠、方便、靈活的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目的，選擇iFIX 組態(tài)軟件來實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的監(jiān)控。以下主要介紹某選礦自動化系統(tǒng)的控制要求，iFIX 組態(tài)軟件的特點及SCADA 系統(tǒng)的實現(xiàn)。
1 SCADA 系統(tǒng)中組態(tài)軟件的選擇
1．1 系統(tǒng)概況
選礦工藝包括：中碎、細碎、磨礦、分級、浮選等主輔工序，根據(jù)工藝流程要求及集散控制理論，分別在中碎、細碎、磨礦、環(huán)水等設(shè)立PLC 控制站，中央控制室設(shè)立集中監(jiān)控中心。該系統(tǒng)的特點是監(jiān)控中心通過網(wǎng)絡(luò)與各分控站交換數(shù)據(jù)，各分控站根據(jù)控制程序獨立控制該工藝環(huán)節(jié)的所有被控設(shè)備，當(dāng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中斷時也不影響該分控站的運行，或某一分控站出現(xiàn)故障時不會影響其他分控站的運行，系統(tǒng)具有較高安全性和可靠性。
1．2 控制要求
根據(jù)系統(tǒng)的特點和操作工藝對組態(tài)軟件提出如下要求
·組態(tài)畫面按照系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)圖設(shè)計，反應(yīng)整個工藝流程；
·畫面清晰逼真，運行時具有動態(tài)效果，以顏色的變化來反應(yīng)設(shè)備的工況；以數(shù)值、曲線或棒圖來反應(yīng)模擬量的變化，報警狀態(tài)用較為顯眼的顏色變化和聲音來警示；
·畫面設(shè)計按照主畫面嵌套子畫面形式，逐層展開；
·可存儲所有的運行數(shù)據(jù)，定時將歷史數(shù)據(jù)備份到其他存儲介質(zhì)中；
·數(shù)據(jù)可以用實時趨勢圖和歷史趨勢圖來顯示；
·安全分級，不同類型的操作者有不同的操作級別，不同的操作人員有不同的操作密碼；
·工藝參數(shù)需平凡改變且更改方便；
·能把不同協(xié)議的控制器及儀表集成在一完整的系統(tǒng)中；
·SCADA 系統(tǒng)需融入現(xiàn)有的MIS 系統(tǒng)；
·系統(tǒng)兼容性強，升級改造簡單、方便。
1．3 組態(tài)軟件的選擇
根據(jù)以上要求，對比國內(nèi)外組態(tài)軟件，最終選擇iFIX。iFIX 的設(shè)計在軟件內(nèi)核中充分使用了當(dāng)前最先進的軟件技術(shù)[1]，包括微軟的VBA、OPC、ODBC、ADO、ActiveX 控件、COM/DCOM 使用了基于面向?qū)ο蟮目蚣芙Y(jié)構(gòu)，iFIX 能實施高性能的自動化解決方案，而且使系統(tǒng)的維護、升級和擴展更加方便。以下是iFIX 的一些先進的技術(shù)特點：
·功能強大的即插即解決技術(shù)；
·組件對象結(jié)構(gòu)；
·集成發(fā)展環(huán)境Workspace TM；
·VBA (Visual Basic for Application)腳本；
·高通用性的OPC（OLE for Process Control）技術(shù)；
·增強的安全性和可靠性，強大的冗余功能；
·強大的圖形功能、報警功能及歷史數(shù)據(jù)功能；
·自定義的專家向?qū)А⒐δ馨粹o及配方功能；
·強大的網(wǎng)絡(luò)功能，真正的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
·無可比擬的開放性，為系統(tǒng)未來的升級做好了鋪墊。
2 系統(tǒng)的硬件
在選礦生產(chǎn)過程中，中碎和細碎現(xiàn)場控制站PLC 選用了OMRON 公司的CS 系列產(chǎn)品，而在磨礦和環(huán)水系統(tǒng)的現(xiàn)場控制站PLC 選用了SIEMENS 公司的S7—300 系列產(chǎn)品部分儀表需通過OPC 與系統(tǒng)通訊。在整個系統(tǒng)中，計算機與OMRON PLC 之間的信息交換通過Control Link 網(wǎng)進行，計算機與SIEMENS PLC 之間的信息交換通過Profibus 網(wǎng)進行，部分儀表需通過OPC 與系統(tǒng)通訊。在本系統(tǒng)的實現(xiàn)中，SCADA 系統(tǒng)采用一臺服務(wù)器工作，另外有一臺熱備份的方式來實現(xiàn)冗余，通過采用這種結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)得可靠性、穩(wěn)定性得到了極大的提高，此外系統(tǒng)還有一臺Terminal Server 及若干Client。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
SCADA服務(wù)器主要負責(zé)從PLC上取得數(shù)據(jù)，而用戶則通過Client遠程登錄到iFIX終端服務(wù)器上對現(xiàn)場進行監(jiān)視或控制。遠端的用戶可由因特網(wǎng)撥入VPN，通過遠程桌面連接（RDC）（Windows XP和Windows Server 2003），遠程終端就可以通過IE5.0或更高版本的瀏覽器就可以連接并訪問終端服務(wù)器上的iFIX，而且連接服務(wù)器的客戶端計算機不需要具備通常行iFIX所必須的處理能力，使得客戶端的運行平臺可以是Win95到Windows Server 2003十分地方便。
3 基于iFIX 的SCADA 系統(tǒng)的具體實現(xiàn)
3．1 與底層PLC的通信
在SCADA服務(wù)器啟動以后，會載入一個過程數(shù)據(jù)庫，這個過程數(shù)據(jù)庫接收來自PLC的數(shù)據(jù)。所以在iFIX中必須建立所需的數(shù)據(jù)庫來對應(yīng)PLC中的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳入映像表中，而后再經(jīng)過掃描、報警，控制程序傳輸?shù)竭^程數(shù)據(jù)庫。這樣，在組態(tài)應(yīng)用中就可以利用內(nèi)部數(shù)據(jù)庫訪問功能來取數(shù)據(jù)了。iFIX能與絕大部分PLC、DCS通訊，并且可通過OPC與任意支持OPC的控制器、儀表通訊。
3． 2 人機界面
在過程數(shù)據(jù)庫中采集到現(xiàn)場數(shù)據(jù)后，就可以用iFIX來創(chuàng)建動態(tài)畫面，以此給監(jiān)控、操作和管理人員提供直觀的生產(chǎn)流程、必要的報警提示和一些生產(chǎn)數(shù)據(jù)。選礦破碎生產(chǎn)根據(jù)測點的分布區(qū)域劃分為以下幾個主要部分：放礦機、中碎機、細碎機、皮帶組等。iFIX中提供有頗為豐富的圖符集，通過人機界面可以形象、直觀的將生產(chǎn)工作狀態(tài)，各種所需的數(shù)據(jù)顯示出來。從圖2可以看出，用iFIX組態(tài)的人機界面具有畫面清晰逼真等特點，而且數(shù)據(jù)可以用實時趨勢圖和歷史趨勢圖來顯示；畫面運行時具有動態(tài)效果，以顏色的變化來反應(yīng)設(shè)備的工況，以數(shù)值、曲線或棒圖來反應(yīng)模擬量的變化，報警狀態(tài)用較為顯眼的顏色變化和聲音來警示。
圖2 iFIX組態(tài)的破碎部分人機界面
3． 3 報警實現(xiàn)
特別對于某些敏感的數(shù)據(jù)，如物位、頻率之類，需要嚴格控制在某些范圍之內(nèi)，這時就可以通過數(shù)據(jù)塊設(shè)置上限、下限、上上限、下下限來實現(xiàn)實時報警。如果采集的數(shù)據(jù)一旦超出范圍，就可以通過
蜂鳴器和報警顏色的閃爍來提醒監(jiān)控或管理人員。用戶還可使用iFIX的報警數(shù)據(jù)庫來查閱以前的報警。iFIX提供分配報警區(qū)域的功能，管理人員可根據(jù)需要創(chuàng)建報警區(qū)（iFIX自身提供了16個缺省報警區(qū)，分別從A到P），這樣一旦哪個區(qū)域出現(xiàn)狀況，就能十分直觀明了地體現(xiàn)出來。
3． 4 歷史數(shù)據(jù)及其趨勢圖
監(jiān)控、管理人員往往需要通過歷史數(shù)據(jù)來分析產(chǎn)品在生產(chǎn)中可能發(fā)生的各種問題，例如跟蹤分析生產(chǎn)過程等。iFIX在這個方面就提供了強大的支持功能。啟動“歷史定義”就可以定義SCADA節(jié)點（包括本地節(jié)點與遠程節(jié)點）的采集組。每個采集組中就存儲著管理人員所需要的各個采集點的標(biāo)簽名。設(shè)置完之后，就可以在“任務(wù)控制”里啟動“歷史數(shù)據(jù)采集”。在歷史數(shù)據(jù)的采集過程中，還可以在“任務(wù)控制”中查看是否有數(shù)據(jù)超載的情況發(fā)生。若發(fā)生超載，則說明采組中設(shè)置的速度不匹配，這樣則會導(dǎo)致某些數(shù)據(jù)塊的值丟失。超載如果重復(fù)發(fā)生，則可能表示采集組的相位不匹配需調(diào)整以減少超載的發(fā)生。
在本系統(tǒng)中，用VBA開發(fā)了如圖3所示的歷史曲線查詢界面，這種樹狀結(jié)構(gòu)可直觀地查詢各變量的歷史數(shù)據(jù)，在這個界面上還加了歷史筆的設(shè)置和數(shù)據(jù)前后滾動按鈕。
圖3 歷史曲線界面
3．5 配方的實現(xiàn)
在實際的生產(chǎn)過程中，往往要用到配方，這樣能極大提高生產(chǎn)效率。iFIX中自帶有配方編輯器，它提供生成、修改、刪除、上裝以及下載配方等功能。
3．6 與數(shù)據(jù)庫的連接
iFIX雖然能夠提供歷史數(shù)據(jù)的查詢，但是管理人員往往需要保存幾個月甚至幾年的數(shù)據(jù)，這時就需要利用專門的數(shù)據(jù)庫來保存歷史數(shù)據(jù)。且礦業(yè)公司需要把SCADA系統(tǒng)融入原有的信息管理系統(tǒng)，信息管理系統(tǒng)采用MS SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫，則需要用到iFIX的ODBC來訪問數(shù)據(jù)源。
通過ODBC，SCADA系統(tǒng)可無縫地融入信息管理系統(tǒng)，管理人員就在信息管理系統(tǒng)中了解生產(chǎn)情況，做到管控一體化。
4 結(jié)束語
本系統(tǒng)由于采用了SCADA冗余結(jié)構(gòu)，因此具有較好的穩(wěn)定性。iFIX組態(tài)軟件提供直觀的動態(tài)畫面，十分明了易懂。通過在選礦集散控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)了iFIXHMI/SCADA軟件強大的組態(tài)功能、網(wǎng)絡(luò)功能，其開放的體系結(jié)構(gòu)方便地集成其他第三方組件，并定制用戶化的系統(tǒng)環(huán)境，這些強大的功能減少了工程設(shè)計實施時間，簡化系統(tǒng)的升級和維護，同時還能使iFIX和其他第三方應(yīng)用無縫的集成，顯著地提高生產(chǎn)率。
參考文獻：
[1] Intellution iFIX快速上手[Z].GE Fanuc自動化.2005.9：2-3
[2] Intellution iFIX網(wǎng)絡(luò)配置指南[Z].GE Fanuc自動化.2004.6：55-70
[3] Intellution iFIX培訓(xùn)手冊[Z].GE Fanuc自動化.2001.12：60-90
