泵站綜合自動(dòng)化及其優(yōu)化控制調(diào)節(jié)的研究
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揚(yáng)州大學(xué)碩士學(xué)位論文;第五章上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā);5.1上位機(jī)監(jiān)控軟件;上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)在很大的程度上依賴(lài)于組態(tài);在本系統(tǒng)中結(jié)合實(shí)際需求,上位機(jī)監(jiān)控軟件采用成熟可;Ifix的網(wǎng)絡(luò)是基于節(jié)點(diǎn)的,無(wú)論是客戶機(jī)還是服務(wù);IfixServer節(jié)點(diǎn)通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)讀取下位機(jī)的;孫平安泵站綜合自動(dòng)化及其優(yōu)化控制調(diào)節(jié)的研究45;IfixClient節(jié)點(diǎn)在得到相
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第五章上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)
5.1上位機(jī)監(jiān)控軟件
上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)在很大的程度上依賴(lài)于組態(tài)軟件。組態(tài)軟件指一種數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件,它是在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境,并且能以靈活多樣的組態(tài)方式為用戶提供良好的操作界面和簡(jiǎn)捷的使用方法,組態(tài)軟件很好的解決了控制系統(tǒng)通用性問(wèn)題。其預(yù)設(shè)置的各種軟件模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成監(jiān)控層的各項(xiàng)功能,并能同時(shí)支持各種硬件廠家的計(jì)算機(jī)和I/O產(chǎn)品,與高可靠的工控計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)合,可向控制層和管理層提供軟硬件的全部接口進(jìn)行系統(tǒng)集成。
在本系統(tǒng)中結(jié)合實(shí)際需求,上位機(jī)監(jiān)控軟件采用成熟可靠的組態(tài)軟件Ifix。Ifix是Intellution自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的一個(gè)基于Windows的HMI/SCADA組件。Ifix是基于開(kāi)放的和組件技術(shù)的產(chǎn)品,專(zhuān)為在工廠級(jí)和商業(yè)系統(tǒng)之間提供易于集成和協(xié)同工作設(shè)計(jì)環(huán)境。它的功能結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得用戶可以減少開(kāi)發(fā)自動(dòng)化項(xiàng)目的時(shí)間,縮短系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)的時(shí)間,并且它能與第三方應(yīng)用程序無(wú)縫集成,增強(qiáng)生產(chǎn)力。Ifix提供了監(jiān)視管理、報(bào)警和控制功能,它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的絕對(duì)集成和實(shí)現(xiàn)真正的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Ifix的內(nèi)部是一個(gè)能夠提供分布式結(jié)構(gòu)的技術(shù)核心。Ifix是在標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的,像ActiveX,OPC,VBA,和組件對(duì)象模型(COM)--樣,在廣泛的局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上提供第三方應(yīng)用程序的簡(jiǎn)單集成。作為一種高效的工業(yè)自動(dòng)化軟件無(wú)論對(duì)于單個(gè)的監(jiān)控單元還是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)系統(tǒng),Ifix都是一個(gè)理想的選擇。該軟件能實(shí)現(xiàn)包括監(jiān)視、控制、報(bào)警、保存和歸檔數(shù)據(jù)、生成和打印報(bào)告、繪圖等多種功能【291。
Ifix的網(wǎng)絡(luò)是基于節(jié)點(diǎn)的,無(wú)論是客戶機(jī)還是服務(wù)器都可以看成是Ifix系統(tǒng)中的一個(gè)單獨(dú)節(jié)點(diǎn),從而為Ifix提供了完全的分布式客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu),大大提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。無(wú)論是服務(wù)器還是客戶機(jī),都能運(yùn)行在同一計(jì)算機(jī)中,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的單機(jī)人機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),還是基于網(wǎng)絡(luò)的多Server和多Client的分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng),Ifix都可以滿足各種應(yīng)用類(lèi)型和應(yīng)用規(guī)模的需要【3】。
IfixServer節(jié)點(diǎn)通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的更新到Ifix過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)。其中過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中有多種功能塊包括:模擬量處理塊、數(shù)字量輸入輸出塊、計(jì)算塊、報(bào)警塊、累計(jì)塊、計(jì)時(shí)器塊、連續(xù)控制塊、統(tǒng)計(jì)塊及SQL功能塊等。其中盲Server只能讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù),不能進(jìn)行組態(tài)畫(huà)面開(kāi)發(fā)。
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IfixClient節(jié)點(diǎn)在得到相應(yīng)的權(quán)限后,用戶可以訪問(wèn)到網(wǎng)絡(luò)中任和一個(gè)SCADAServer的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù),以及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面顯示、趨勢(shì)顯示、報(bào)表查詢等應(yīng)用都能運(yùn)行在Client上,而且在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)本地節(jié)點(diǎn)上都能進(jìn)行開(kāi)發(fā)工作,包括畫(huà)面開(kāi)發(fā)、歷史數(shù)據(jù)配置,權(quán)限管理等。Ifix典型的分布式客戶/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)體系控制結(jié)構(gòu)圖如下圖5.1所示。
運(yùn)行節(jié)點(diǎn)本士也.節(jié)點(diǎn)本士也。節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)
雪
務(wù)器目
過(guò)程硬件過(guò)程硬件
圖5-1Ifix客戶/N務(wù)器網(wǎng)絡(luò)體系控制結(jié)構(gòu)圖
本文中的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是客戶/N務(wù)器結(jié)構(gòu),是由一臺(tái)Ifix服務(wù)器,和兩臺(tái)Ifix本地節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。
5.2基于OPC的數(shù)據(jù)通信
5.2.1.OPC協(xié)議
OPC是ObjectLinkingandEmbedding(OLE)forProcessControl的縮寫(xiě),它是微軟公司的對(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)在過(guò)程控制方面的應(yīng)用。OPC以OLE/COM/DCOM技術(shù)為基礎(chǔ),采用客戶/服務(wù)器(C/S)模式,OPC為工業(yè)自動(dòng)化軟件的開(kāi)發(fā)提供了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了如何應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)和在基于PC的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),采用這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)后,硬件開(kāi)發(fā)商將取代軟件開(kāi)發(fā)商為自己的硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的OPC接口程序,而軟件開(kāi)發(fā)人員可以不用再去開(kāi)發(fā)各種驅(qū)動(dòng)程序,可以利用自己的特長(zhǎng),把更多的精力投入到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上。在實(shí)際使用中,其中主要開(kāi)發(fā)的是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。OPC協(xié)議在處理數(shù)據(jù)時(shí)有三種方式:同步、異步、訂閱[30][31]。
同步通訊時(shí)OPC客戶程序在向OPC服務(wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí),OPC客戶程序必須要等到OPC服務(wù)器對(duì)應(yīng)的響應(yīng)全部完成以后才能返回,OPC客戶程序在此期間一直處于等待狀態(tài),若進(jìn)行讀操作,必須等待OPC服務(wù)器響應(yīng)后才返回。因此在同步通訊時(shí),如果有大量
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數(shù)據(jù)進(jìn)行操作或者有很多OPC客戶程序?qū)Γ希校梅⻊?wù)器同時(shí)進(jìn)行讀操作,那么必然造成OPC客戶程序的阻塞現(xiàn)象。因此同步通訊只是適用于OPC客戶端較少,數(shù)據(jù)通信量比較小的場(chǎng)合。
異步通訊時(shí)OPC客戶程序?qū)Ψ⻊?wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí),OPC客戶程序請(qǐng)求完成后立刻返回,不用等待OPC服務(wù)器的響應(yīng),程序可以進(jìn)行其它操作。當(dāng)OPC服務(wù)器完成響應(yīng)后再通知OPC客戶程序。例如當(dāng)進(jìn)行讀操作時(shí),OPC客戶程序在向OPC服務(wù)器發(fā)起讀請(qǐng)求后就返回,而不用等待OPC服務(wù)器的讀完成。當(dāng)OPC服務(wù)器在讀完成以后,服務(wù)器會(huì)自動(dòng)的通知OPC客戶程序,并且把讀到的結(jié)果傳送給OPC客戶程序。因此相對(duì)于同步通訊而言,異步通訊的效率更高[32][331。
訂閱方式時(shí)OPC客戶程序?qū)Ψ⻊?wù)器進(jìn)行請(qǐng)求時(shí),OPC客戶程序完成以后也是立刻返回,不用等待OPC服務(wù)器的響應(yīng),,OPC客戶程序可以進(jìn)行其它操作,當(dāng)OPC服務(wù)器檢測(cè)到組內(nèi)有數(shù)據(jù)發(fā)生改變時(shí),會(huì)根據(jù)更新周期自動(dòng)刷新相應(yīng)的客戶端數(shù)據(jù),客戶端只需要向OPC服務(wù)發(fā)送一次請(qǐng)求,之后不需要再對(duì)服務(wù)器請(qǐng)剝341。
5.2.2.Ifix與S7.200的OPC通訊
本系統(tǒng)中西門(mén)子¥7200PLC與上位機(jī)監(jiān)控軟件的通訊采用OPC的方式。其中OPC服務(wù)器選擇了專(zhuān)業(yè)的OPC協(xié)議通信軟件KEPServer。OPCServer通過(guò)OPC協(xié)議連接水源站和加壓泵站的PLC。Ifix服務(wù)器端采用自帶的OPCPowerTool客戶端與OPCServer通信。OPCServer采用異步通信的方式從PLC中讀取數(shù)據(jù)。Ifix與¥7200的通訊結(jié)構(gòu)圖如圖5.2所示【35】[36】。
IfixH艮務(wù)器
Ifix月艮務(wù)器端OPCPowerTool
≤》
噫穸
OPC匿ISERVER(KEPServer)
熏爹0Pc
加壓站
PLC毳爹。r水源站PLC
圖5.2Ifix與¥7200OPC通訊示意圖
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系統(tǒng)OPCServer配置圖如圖5-3所示,在配置中指定OPC的采用周期,PLC以太網(wǎng)模塊的IP的地址以及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。
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圖5_4OPCPowerTool配置圖
48揚(yáng)州I大學(xué)碩士學(xué)位論文
5.3基于Ifix時(shí)間調(diào)度的歷史數(shù)據(jù)管理
一般組態(tài)軟件的歷史數(shù)據(jù)都是經(jīng)過(guò)壓縮后以文件的形式存在磁盤(pán)中,這些歷史數(shù)據(jù)一般只能通過(guò)組態(tài)軟件本身識(shí)別和使用,數(shù)據(jù)無(wú)法與其他控制系統(tǒng)或軟件共享。為了實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)也能和其他系統(tǒng)的對(duì)接,本控制系統(tǒng)中通過(guò)在Ifix服務(wù)器端設(shè)計(jì)歷史采集程序?qū)⑦@些歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到泵站綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。
由于需要將Ifix過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)按照設(shè)計(jì)的采集頻率(1s)不間斷的保存到泵站綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)中,為此采用了Ifix提供的基于時(shí)間的調(diào)度功能。Ifix基于時(shí)間的調(diào)度是指系統(tǒng)每間隔規(guī)定的時(shí)間執(zhí)行調(diào)度中的程序,用戶在調(diào)度程序中通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)需要周期執(zhí)行的任務(wù)。
本系統(tǒng)中通過(guò)在調(diào)度程序中實(shí)時(shí)讀。桑妫椋^(guò)程數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù),然后通過(guò)ADO的方式將過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器中,以達(dá)到歷史數(shù)據(jù)采集的目的。Ifix中基于時(shí)間的調(diào)度配置如下圖5—5所示:
涌度信息
名稱(chēng):}水源站數(shù)據(jù)采集
描述:二…、,,,…,,、、、。、…一……………、…~一{數(shù)據(jù)采集I…一…、_,‘~
觸發(fā)蔫息一
。一孜
開(kāi)始時(shí)間:ip—…~…‘、o00:00
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。每月
動(dòng)作信息
操馘霞三:二三二:i二簍i二i羹匿至童耍團(tuán)匝固
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圖5—5IFLX時(shí)間調(diào)度配置圖■g∞#tw■…
由于在Ifix中獲取過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù),是按照過(guò)程數(shù)據(jù)中的標(biāo)簽名來(lái)獲取的,并且過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)并不完全滿足數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)格式的要求(過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)都是按照字符串的格式),所以在存儲(chǔ)之前必須進(jìn)行格式的轉(zhuǎn)化。同時(shí)為了防止因?yàn)橥ㄐ胚B接斷開(kāi)而記錄無(wú)效數(shù)據(jù),在程序設(shè)計(jì)中加入了通信狀態(tài)判斷邏輯,調(diào)度事件程序設(shè)計(jì)流程圖如圖5-6所示。
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