本文介紹了工控組態(tài)軟件的基本組成和特點，并結(jié)合一個工程實際詳細(xì)闡述了如何利用組態(tài)軟件構(gòu)建一個監(jiān)控系統(tǒng)。
 
    1、引言

    組態(tài)一詞來源于英文單詞Configuration，“組態(tài)軟件”作為一個專業(yè)術(shù)語，到目前為止，并沒有一個統(tǒng)一的定義。從組態(tài)軟件的內(nèi)涵上說組態(tài)軟件是指在軟件領(lǐng)域內(nèi)，操作人員根據(jù)應(yīng)用對象及控制任務(wù)的要求，配置(包括對象的定義、制作和編輯，對象狀態(tài)特征屬性參數(shù)的設(shè)定等)用戶應(yīng)用軟件的過程，也就是把組態(tài)軟件視為“應(yīng)用程序生成器”。從應(yīng)用角度講組態(tài)軟件是完成系統(tǒng)硬件與軟件溝通、建立現(xiàn)場與監(jiān)控層溝通的人機(jī)界面的軟件平臺，它的應(yīng)用領(lǐng)域不僅僅局限于工業(yè)自動化領(lǐng)域。而工業(yè)控制領(lǐng)域是組態(tài)軟件應(yīng)用的重要陣地，伴隨著集散型控制系統(tǒng)DCS (Distributed Control System)的出現(xiàn)組態(tài)軟件已引入工業(yè)控制系統(tǒng)。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中存在著兩大類可變因素：一是操作人員需求的變化；二是被控對象狀態(tài)的變化及被控對象所用硬件的變化。而組態(tài)軟件正是在保持軟件平臺執(zhí)行代碼不變的基礎(chǔ)上通過改變軟件配置信息(包括圖形文件、硬件配置文件、實時數(shù)據(jù)庫等)，適應(yīng)兩大不同系統(tǒng)對兩大因素的要求，構(gòu)建新的監(jiān)控系統(tǒng)的平臺軟件。以這種方式構(gòu)建系統(tǒng)既提高了系統(tǒng)的成套速度，又保證了系統(tǒng)軟件的成熟性和可靠性，使用起來方便靈活，而且便于修改和維護(hù)。

圖1

    2、工控組態(tài)軟件的組成及特點
 
    2.1 工控組態(tài)軟件的組成

    無論是美國Wonderware公司推出的世界上第一個工控組態(tài)軟件Intouch還是現(xiàn)在的各類組態(tài)軟件，從總體結(jié)構(gòu)上看一般都是由系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境(或稱組態(tài)環(huán)境)與系統(tǒng)運行環(huán)境兩大部分組成。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是自動化工程設(shè)計師為實施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進(jìn)行應(yīng)用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境，通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)，供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。系統(tǒng)運行環(huán)境是將目標(biāo)應(yīng)用程序裝入計算機(jī)內(nèi)存并投入實時運行時使用的，是直接針對現(xiàn)場操作使用的。系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和系統(tǒng)運行環(huán)境之間的聯(lián)系紐帶是實時數(shù)據(jù)庫，它們?nèi)�者之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2

    2.2 Rsview32組態(tài)軟件的特點

    Rockwell RSView32工控組態(tài)軟件是美國Rockwell公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)PC平臺上的一種組態(tài)軟件，它是以MFC(微軟基礎(chǔ)類庫)、COM(組件對象模型)技術(shù)為基礎(chǔ)的運行于Microsoft Windows9X/Windows NT環(huán)境下的HMI(人機(jī)接口)軟件包。它的主要功能可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：

組態(tài)軟件完善，功能多樣
    Rockwell RSView32組態(tài)軟件提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型庫和控制功能庫，組態(tài)模式靈活，能滿足用戶所需的測控要求。RSView32對測控信息的歷史記錄進(jìn)行存儲、顯示、計算、分析、打印，界面操作靈活方便，具有雙重安全體系，數(shù)據(jù)處理安全可靠。

豐富的畫面顯示組態(tài)功能
    Rockwell RSView32組態(tài)軟件提供給用戶豐富方便的常用編輯工具和作圖工具，提供大量的工業(yè)設(shè)備圖符、儀表圖符，還提供趨勢圖、歷史曲線、組數(shù)據(jù)分析圖等；提供十分友好的圖形化用戶界面GUI(Graphics User Interface)，包括一整套Windows風(fēng)格的窗口、彈出菜單、按鈕、消息區(qū)、工具欄、滾動條、監(jiān)控畫面等。畫面豐富多彩，為設(shè)備的正常運行、操作人員的集中監(jiān)控提供了極大的方便。

強(qiáng)大的通信功能和良好的開放性
    Rockwell RSView32組態(tài)軟件向下可以通過Winteligent LINK，OPC，OFS等與數(shù)據(jù)采集硬件通信；向上通過TCP/IP，Ethernet與高層管理網(wǎng)互聯(lián)。對于DDE或OPC數(shù)據(jù)源，“標(biāo)記/數(shù)值”對的列表會被傳給DDE或OPC服務(wù)器和客戶機(jī)(server/client)，在服務(wù)器里寫操作可能會組合在信息包里(取決于服務(wù)器的執(zhí)行)。在數(shù)據(jù)庫編輯器里添加了Browse OPC Server Space OPC地址瀏覽器，方便與OPC數(shù)據(jù)源的連接。

多任務(wù)的軟件運行環(huán)境、數(shù)據(jù)庫管理及資源共享
    Rockwell RSView32組態(tài)軟件基于Windows95，Windows98，Windows NT，充分利用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)和ActiveX動態(tài)連接庫技術(shù)，極大地豐富了控制系統(tǒng)的顯示畫面和編程環(huán)境，從而方便靈活地實現(xiàn)多任務(wù)操作。ActiveX對象是一個由第三方供應(yīng)商開發(fā)的、現(xiàn)成可以使用的軟件組件。RSView32可以通過它的屬性、事件和方法來使用它所提供的功能。嵌入一個ActiveX對象，然后設(shè)定其屬性或指定對象事件，該對象就可以與RSView32交互作用了。信息通過RSView32標(biāo)記(Tags)在ActiveX對象和RSView32之間傳遞。

    Windows為RSView32和基于Windows的應(yīng)用軟件間提供接口，例如DDE(Dynamic Data Exchange)技術(shù)，與Windows應(yīng)用程序間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)本地控制單元與上位機(jī)之間數(shù)據(jù)和信息的共享，從而為用戶提供更為集中的數(shù)據(jù)操作環(huán)境，實現(xiàn)信息集中管理，并向上層系統(tǒng)提供開放式數(shù)據(jù)庫接口ODBC。RSView32支持下列ODBC兼容數(shù)據(jù)庫：MS Access，Sybase SOL Server，Oracle和MS SOL Server等。用ODBC數(shù)據(jù)源如Microsoft Access或Microsoft SOL Server把數(shù)據(jù)存儲為ODBC格式。ODBC格式存儲把數(shù)據(jù)存儲在多達(dá)三個表格里。它可使用命令A(yù)ctivity Logsend To Odbc把活動記錄數(shù)據(jù)從.DBF文件輸送到ODBC兼容數(shù)據(jù)庫。如果接受數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫與ODBC不兼容，將無法輸出。如果表橋梁不存在，RSView32將創(chuàng)建一個。另外，RSView32還增加了ODBC Administrator的新對象。這個對象提供了一個為ODBC數(shù)據(jù)記錄而創(chuàng)建表格、檢查表格的方法。

    3、工控組態(tài)軟件在火電廠輔助監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

    電廠外圍系統(tǒng)是電廠生產(chǎn)和經(jīng)營管理的重要環(huán)節(jié)，但相對于機(jī)爐控制而言，其運行方式比較簡單，基本都是就地獨立控制。1)運行人員投入多，成本太高；2)由于位置分散，距離集控室較遠(yuǎn)，給系統(tǒng)的運行、維護(hù)和管理帶來許多困難。因此，采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)，實現(xiàn)所有外圍系統(tǒng)集中控制，不僅可以在很多方面解決系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備存在的問題，而且將為構(gòu)建統(tǒng)一的企業(yè)網(wǎng)，實現(xiàn)管控一體化創(chuàng)造一個良好的基礎(chǔ)。下面以我們在山東某電廠外圍設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)中的實施方案為例，介紹借助于Rsview組態(tài)軟件構(gòu)筑輔助設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)。實踐證明該方案從設(shè)計到實施都取得了良好的效果。

    3.1 改造前系統(tǒng)構(gòu)成

    1) 化學(xué)補(bǔ)給水控制系統(tǒng)(4×300MW共一套)

    該系統(tǒng)使用SCHNEIDER MODICON的QUANTUM系列PLC，使用Modbus plus工業(yè)網(wǎng)現(xiàn)場總線作為上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

    2) #1、#2機(jī)凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)(4×300MW共一套)

    該系統(tǒng)使用AB公司的PLC/5系列PLC，使用DH+網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信手段，設(shè)兩臺上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。

    3) #3、#4機(jī)凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)(4×300MW共一套)

    該系統(tǒng)使用AB公司的Conlogix系列控制器，使用ControlNet現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信手段，設(shè)兩臺上位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，并與#1、#2機(jī)處于同一主控室內(nèi)。

    4) #1、#2機(jī)、#3、#4機(jī)的汽水取樣及加藥系統(tǒng)(4×300MW共兩套)

    該系統(tǒng)使用的是安裝在工控機(jī)內(nèi)的A/D通訊卡，對現(xiàn)場取樣信號進(jìn)行監(jiān)控，而加藥系統(tǒng)各變頻泵均為就地單片機(jī)獨立控制。且#1、#2機(jī)與#3、#4機(jī)兩系統(tǒng)分處不同位置。
 
    系統(tǒng)分布圖如下：

 
圖3

    3.2 實施方案

    根據(jù)地理位置分布綜合考慮廠房要求，最后商定將中央控制室設(shè)在化學(xué)補(bǔ)給水控制室。根據(jù)目前系統(tǒng)現(xiàn)狀，采用分步完成改造的方案。

    第一步：鑒于化學(xué)補(bǔ)給水控制系統(tǒng)與中央控制室同處一室，使用AB公司的專用協(xié)議轉(zhuǎn)換通信卡件及配套軟件MB+ OPC Server，完成MB+協(xié)議的轉(zhuǎn)換及與上位機(jī)組態(tài)軟件RSView的通信，該卡件為PCI總線形式，直接插在兩臺服務(wù)器上，由服務(wù)器將其接入整個以太網(wǎng)內(nèi)。服務(wù)器采用IBM Xserver。

圖4

    第二步：依據(jù)典型交換式以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)的組成，在中央控制室網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)設(shè)兩臺CISCO 24口100M交換機(jī)，完成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，在服務(wù)器及操作員站內(nèi)安裝3COM 100M工業(yè)以太網(wǎng)卡。并且設(shè)APC UPS電源。

    第三步：由于該系統(tǒng)涉及DH+網(wǎng)、MB+網(wǎng)、ControlNet網(wǎng)等多種現(xiàn)場總線，需設(shè)一網(wǎng)關(guān)ControlLogix Gateway 完成協(xié)議的轉(zhuǎn)換。該網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備：一、接收現(xiàn)場總線各網(wǎng)段上的數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行解釋，轉(zhuǎn)化為以太網(wǎng)所能接收的形式，向交換機(jī)傳送；二、把系統(tǒng)發(fā)出的命令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線各網(wǎng)段的數(shù)據(jù)格式，向下傳送。鑒于此，考慮到地理位置，決定在凝結(jié)水精處理控制室設(shè)一網(wǎng)關(guān)，該網(wǎng)關(guān)上配有DH+模塊、ControlNet模塊、Ethernet模塊等。

    第四步：由于網(wǎng)關(guān)處與交換機(jī)處距離較遠(yuǎn)(1km左右)，另考慮數(shù)據(jù)交換的實時性和抗干擾性，決定在這二者間采用光纖通信，且采用冗余互備。

    第五步：汽水取樣及加藥系統(tǒng)的重新設(shè)計。分別設(shè)兩個遠(yuǎn)程I/O站，負(fù)責(zé)#1、#2機(jī)與#3、#4機(jī)的數(shù)據(jù)采集，在各站安裝ControlNet通信模塊，掛接于ControlNet網(wǎng)上，用網(wǎng)關(guān)內(nèi)的Logix5550處理器完成數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。ControlNet網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)內(nèi)的ControlNet模塊完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，在通過以太網(wǎng)模塊與以太網(wǎng)通信。

    第六步：二期工程網(wǎng)絡(luò)接入(輸煤系統(tǒng)、凈水站系統(tǒng)、循環(huán)水泵房、工業(yè)水泵房、燃油泵房等)。

    在組態(tài)軟件的選擇上考慮到各子系統(tǒng)均已經(jīng)過長時間的運行，操作人員對操作方式已經(jīng)認(rèn)可，不便做大的改動，保留各子系統(tǒng)組態(tài)畫面，監(jiān)控系統(tǒng)采用32，000點的Rsview32作為監(jiān)控組態(tài)軟件具體操作如下：

對于原系統(tǒng)中采用Rsview32的子系統(tǒng)處理方法是：利用Rsview32 tool提供的數(shù)據(jù)庫輸入/輸出向?qū)�將該子系統(tǒng)工程文件中的數(shù)據(jù)tag導(dǎo)出，認(rèn)真核對后導(dǎo)入我們的新建工程中；對于Display、Event、Macro需要將其對應(yīng)工程文件夾的文件拷入我們的新建工程中，再打開工程分別導(dǎo)入。
對于組態(tài)軟件為非Rsview32 的子系統(tǒng)(如Intouch)處理方法是：搞清楚原系統(tǒng)畫面構(gòu)成，然后用Rsview32重新設(shè)計畫面、建立數(shù)據(jù)庫、對命令語句重新編譯。
    系統(tǒng)監(jiān)控畫面采用層次型結(jié)構(gòu)設(shè)計，各子系統(tǒng)之間很容易切換，直觀反映現(xiàn)場工況，且便于操作人員使用，簡潔、直觀、功能完善是它的最大特點。采用層次型結(jié)構(gòu)便于操作人員完成多個子系統(tǒng)的準(zhǔn)確切換，避免由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁瑣造成的誤操作。各子系統(tǒng)也采用相近的功能菜單，切換方便，功能完善，在同一幅主畫面內(nèi)可完成多項操作功能，且各子菜單均為彈出式。監(jiān)控畫面組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中，各子系統(tǒng)均有和#1、2汽水加藥子系統(tǒng)相似的子畫面，結(jié)構(gòu)圖中沒有逐個列出。

圖5

    監(jiān)控系統(tǒng)包括系統(tǒng)畫面生成、事故追憶系統(tǒng)、各種曲線顯示和打印、各種報表生成等。監(jiān)控畫面要符合電廠主控DCS系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計風(fēng)格，按照分級瀏覽、逐級細(xì)化的原則設(shè)計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種符合Windows標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計手段實現(xiàn)畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示(包括運行參數(shù)、狀態(tài)、故障情況等)和各種曲線要布局合理、生動，色調(diào)柔和。事故追憶系統(tǒng)包括所有進(jìn)入控制系統(tǒng)的事件(如參數(shù)、反饋等)以及控制系統(tǒng)本身發(fā)生的事件(如卡件或通訊故障等)，所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現(xiàn)系統(tǒng)運行在線分析、診斷提供豐富的數(shù)據(jù)資源。

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