(中國石油吉林石化公司，吉林 吉林 132022)常政剛，沙 洪，何 群，程顯萍
                             
    常政剛(1980-)男，遼寧東港市人，工程師，設備主任。2003年畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)過(guò)程裝備與控制工程專(zhuān)業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現從事鋁粉生產(chǎn)及分級裝置設備管理、過(guò)程控制等工作。

    摘要：本文采用IFIX組態(tài)軟件進(jìn)行控制系統設計，實(shí)現了鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和一體化控制，為提高鋁粉生產(chǎn)和過(guò)程控制的質(zhì)量奠定了基礎。該監控系統功能齊全，操作簡(jiǎn)單，界面友好，系統容易擴展。

    關(guān)鍵詞：鋁粉；氮氣霧化；控制系統；組態(tài)軟件；IFIX

    Abstract: This paper presents a Monitoring System Based on IFIX Configuration platform, which realizes automatic and integrated control of Aluminum Powder Production. The system has the features of full functions, easy operation, friendly interface and easy expansion etc. 

    Key words: Aluminum powder; Nitrogen atomization; Monitoring and control;Configuration software; IFIX

    鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)過(guò)程具有很大的危險性，同時(shí)霧化壓力、霧化溫度對鋁粉的質(zhì)量有很大的影響，這些都對控制系統提出了很高的要求。在分析鋁粉生產(chǎn)工藝的基礎上，通過(guò)對現在比較流行的組態(tài)軟件進(jìn)行比較，由于IFIX提供了一個(gè)非常熟悉的完整的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了對Intellution Dynamics組件和外部數據及對象無(wú)限制的讀取和擴展能力，能夠將一些新的功能實(shí)現出來(lái)，所以最終采用組態(tài)軟件IFIX4.0中文版來(lái)開(kāi)發(fā)鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)控制系統。

    1 IFIX組態(tài)軟件介紹

    IFIX是Intellution Dynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于WindowsXP平臺上的功能強大的自動(dòng)化監視與控制軟件的解決方案。IFIX可以精確地監視、控制生產(chǎn)過(guò)程，并優(yōu)化生產(chǎn)設備和企業(yè)資源管理。能夠對生產(chǎn)事件快速反應，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對市場(chǎng)反應速度。生產(chǎn)的關(guān)鍵信息可以通過(guò)IFIX貫穿從生產(chǎn)現場(chǎng)到企業(yè)主管者桌面的全廠(chǎng)管理體系，以方便管理者作出更快速更高效的決策，從而獲得更高的經(jīng)濟效益。

    全面支持WindowsXP平臺和終端技術(shù)(Terminal Server)，支持基于因特網(wǎng)的遠程線(xiàn)組態(tài)；即插即解決結構及COM/DCOM組件技術(shù)，全面支持ActiveX控件；安全容器的專(zhuān)利技術(shù)，保證系統穩定運行；功能強大的微軟標準描述語(yǔ)言，嵌入式VBA
(Visual Basic for Application)；標準SQL/ODBC接口，直接集成關(guān)系數據庫及管理系統；真正的、實(shí)時(shí)的客戶(hù)/服務(wù)器模式允許最大的規?？蓴U展性；多重冗余支持：SCADA冗余，通道冗余，LAN網(wǎng)冗余，控制器冗余，客戶(hù)端冗余；調度處理器使任務(wù)可以基于時(shí)間或事件觸發(fā)，根據需要在前臺或后臺運行；先進(jìn)的報警和信息管理，提供無(wú)限制的報警區域和報警計數器，報警過(guò)濾和遠程報警管理等功能；高度免編程關(guān)系數據庫引擎VisconX控件集。

    2 鋁粉生產(chǎn)控制系統組態(tài)

    2.1 實(shí)時(shí)數據庫

    IFIX提供了統一環(huán)境進(jìn)行數據點(diǎn)的定義，而且提供了很多的數據類(lèi)型，有很多現成的功能塊：歷史記錄塊、趨勢塊、計算塊、PID塊、計時(shí)塊等。系統根據現場(chǎng)的實(shí)際特點(diǎn)，定義了數字輸入點(diǎn)、數字輸出點(diǎn)、模擬輸入點(diǎn)、模擬輸出點(diǎn)、計算點(diǎn)、趨勢點(diǎn)、多態(tài)數字量輸入點(diǎn)。

    2.2 后臺數據庫

    后臺數據庫的使用，解決了系統中缺陷問(wèn)題。將實(shí)時(shí)數據庫信息的一個(gè)副本放到后臺數據庫中，系統能夠應用查詢(xún)功能，使得開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)趨勢圖功能、歷史趨勢圖功能、監測點(diǎn)一覽功能、報警及操作記錄查詢(xún)功能具有了一定的通用性，在用IFIX開(kāi)發(fā)其它的監控系統時(shí)，這些功能的代碼都無(wú)需改動(dòng)，只需將后臺數據庫中的內容更換為新的實(shí)時(shí)數據庫內容，上述功能即無(wú)需更改便可使用。

    2.3 監控畫(huà)面組態(tài)

    本系統中IFIX實(shí)現的功能為監測鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)過(guò)程系統運行情況，首先利用I/O Driver取得數據送入PDB中并在畫(huà)面上顯示；能在畫(huà)面上手工輸入一些設定值及控制器參數；報警及操作記錄存入文件以備查詢(xún)?yōu)g覽；一些重要的現場(chǎng)數據存入數據庫用于歷史趨勢瀏覽以及生成報表；數據庫中存有PDB數據庫信息，通過(guò)修改數據庫內的信息達到修改PDB的功能。軟件流程如圖1所示。
                
                                   圖1  組態(tài)軟件流程圖
    2.4 監控畫(huà)面組態(tài)中遵循的原則

    (1)界面設計的一致性。一致性原則在界面設計中最容易違反，同時(shí)也最容易修改和避免。只有符合一致性原則，軟件的風(fēng)格才能統一和規范，從而迎合用戶(hù)的審美要求。例如，在菜單和聯(lián)機幫助中必須使用相同的術(shù)語(yǔ)，對話(huà)框必須具有相同的風(fēng)格等。

    (2)常用操作的直接性。常用操作的使用頻度大，應該減少操作序列的長(cháng)度。使常用操作具有捷徑，不僅提高用戶(hù)的工作效率，還使得界面在功能實(shí)現上簡(jiǎn)潔和高效。

    (3)信息反饋的必要性。對操作人員的重要操作要有信息反饋，而對常用操作和簡(jiǎn)單操作的反饋可以不作要求，但是對不常用操作和至關(guān)重要的操作，系統應該提供信息的反饋，以幫助用戶(hù)確定操作的結果。

    (4)操作的可逆性。操作應該可逆，這對于不具備專(zhuān)門(mén)知識的操作人員是必要的?？赡娴膭?dòng)作可以是單個(gè)的操作，也可以是一個(gè)相對獨立的操作序列。

    3 IFIX組態(tài)畫(huà)面的監控功能

    3.1 IFIX與PLC通訊實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監控

    對整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行組態(tài)，通過(guò)動(dòng)畫(huà)形式將生產(chǎn)過(guò)程流程畫(huà)面形象直觀(guān)地顯示在屏幕上，各個(gè)監控點(diǎn)的數據也實(shí)時(shí)顯示在畫(huà)面上，生產(chǎn)畫(huà)面可以及時(shí)切換，使操作人員方便地控制鋁粉生產(chǎn)線(xiàn)開(kāi)停車(chē)操作，監控當前的生產(chǎn)狀態(tài)，設定修改PID參數等。
                    
                                      圖2  生產(chǎn)過(guò)程流程選擇畫(huà)面
                    
                                      圖3  生產(chǎn)過(guò)程監控畫(huà)面
    3.2 實(shí)時(shí)數據瀏覽和歷史數據瀏覽

    監控系統中有時(shí)需要在某同一時(shí)刻觀(guān)測位于不同畫(huà)面中的信號狀態(tài)，頻繁切換畫(huà)面不但麻煩，而且觀(guān)測的也不是同一時(shí)刻的值。IFIX具有的實(shí)時(shí)數據瀏覽和歷史數據瀏覽功能，便可以解決這個(gè)問(wèn)題，該畫(huà)面可以顯示所有用戶(hù)想要瀏覽的模擬量和數字量的狀態(tài)，每頁(yè)最多可以顯示20條信號的狀態(tài)，通過(guò)翻頁(yè)按鈕，可以瀏覽到所有用戶(hù)關(guān)心的量。歷史數據存儲和瀏覽功能，方便用戶(hù)對操作記錄和生產(chǎn)數據進(jìn)行查詢(xún)?yōu)g覽，用以總結生產(chǎn)經(jīng)驗。

    3.3 實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)和歷史趨勢曲線(xiàn)顯示

    IFIX具有功能強大的曲線(xiàn)顯示控制，通過(guò)實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面和歷史趨勢畫(huà)面可以形象查看畫(huà)面上定義測點(diǎn)的所有實(shí)時(shí)趨勢和和歷史趨勢，實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面和歷史趨勢畫(huà)面也以組的形式進(jìn)行顯示，每組最多可以顯示8條實(shí)時(shí)趨勢曲線(xiàn)，8個(gè)信號可以根據需要任意進(jìn)行組合，用不同的顏色區分各條曲線(xiàn)，兩種畫(huà)面的起始時(shí)間、時(shí)間跨度、量程等都可以方便地修改，通過(guò)點(diǎn)擊曲線(xiàn)上方的放大按鈕，趨勢曲線(xiàn)的細節可以進(jìn)行放大。歷史數據保存時(shí)間最長(cháng)可達200天，歷史數據保存時(shí)間間隔最短可達1s。
                   
                                      圖4  實(shí)時(shí)趨勢畫(huà)面
                   
                                       圖5  歷史趨勢設置畫(huà)面
    系統可以將操作員執行的所有操作記錄下來(lái)，包括操作時(shí)間以及所執行的是何種操作，如哪個(gè)操作員何時(shí)以何種操作權限登錄、打開(kāi)某個(gè)監視畫(huà)面的時(shí)間、修改控制回路設定值的時(shí)間等，記錄的這些信息可以用于系統的安全檢查和事故分析。例如，當監控系統出現故障時(shí)，可以分析是由不正確的操作引起，還是由其它原因引起的。在該頁(yè)面，通過(guò)設置報警時(shí)間段、設備名稱(chēng)、信號描述和查找報警信息類(lèi)型，系統可以迅速的查找到符合信息的操作信息。

    3.4 實(shí)時(shí)報警顯示，歷史報警瀏覽
               
                               圖6  報警顯示畫(huà)面
    在屏幕下方設定報警條，產(chǎn)生的報警實(shí)時(shí)在這里顯示出來(lái)。此條目顯示最新的報警，顯示的信息包括報警發(fā)生時(shí)間、設備名稱(chēng)、描述。雙擊該窗口，彈出報警處理窗口。在彈出的窗口里可以進(jìn)行報警確認，有兩種確認的方式可以進(jìn)行選擇，自動(dòng)確認和手動(dòng)確認。通過(guò)設置報警時(shí)間段、設備名稱(chēng)、描述和查找報警信息類(lèi)型，系統可以迅速的查找到符合信息的報警信息，方便了操作。

    3.5 系統報表實(shí)現日報表、月報表和年報表

                  
                                 圖7  日報表畫(huà)面圖
                  
                                圖8  報警顯示瀏覽畫(huà)面
    報表中統計出每小時(shí)、每天、每月的生產(chǎn)原料的使用量，報表統計準確。報表界面用Crystal Reports開(kāi)發(fā)，可以創(chuàng )建出專(zhuān)業(yè)的自定義報表。日報表的畫(huà)面如圖7所示，月報表和年報表的畫(huà)面和日報表相似。報表顯示按鈕默認顯示當前日期的報表，通過(guò)設置按鈕，可以打開(kāi)時(shí)間設置窗口，以設定想要瀏覽的日期。點(diǎn)擊打印按鈕，報表便可以被打印出來(lái)。保存功能，使得報表可以保存為Excel文件。

    3.6 霧化爐溫度模糊PID控制算法的實(shí)現

    利用Matlab語(yǔ)言和ActiveX技術(shù)開(kāi)發(fā)了霧化爐溫度模糊PID控制算法的控件，并嵌入到組態(tài)軟件中，在組態(tài)軟件平臺中可以設定模糊控制器的量化因子和比例因子、PID控制器的比例微分積分常數以及加權因子的平滑系數λ和誤差閾值，如圖9所示。
                
                                 圖9  模糊PID混合控制器參數設置畫(huà)面

    3.7 監測點(diǎn)一覽功能

    監控系統中有時(shí)需要在某同一時(shí)刻觀(guān)測位于不同畫(huà)面中的信號狀態(tài)，頻繁切換畫(huà)面不但麻煩，而且觀(guān)測的也不是同一時(shí)刻的值。雖然實(shí)時(shí)趨勢圖可以在某種程度上滿(mǎn)足需要，但需要觀(guān)測的量很多，既有模擬量又有數字量時(shí)，實(shí)時(shí)趨勢圖也有點(diǎn)力不從心。監測點(diǎn)一覽功能便可以解決這個(gè)問(wèn)題，該畫(huà)面可以顯示所有用戶(hù)想要瀏覽的模擬量和數字量的狀態(tài)，每頁(yè)最多可以顯示20條信號的狀態(tài)，通過(guò)翻頁(yè)按鈕，可以瀏覽到所有用戶(hù)關(guān)心的量，如圖10所示。
                    
                                     圖10  監測點(diǎn)一覽畫(huà)面
    4 結論

    采用IFIX組態(tài)軟件平臺進(jìn)行的鋁粉氮氣霧化監控系統，實(shí)現了生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和一體化控制。融合了新設計思想的系統，界面更加友好，操作更加簡(jiǎn)單，大大的降低了操作人員的工作強度。增加了后臺數據庫，使得系統的維護與擴展更加容易，只需更改后臺數據庫即可完成。添加的關(guān)系數據庫的查詢(xún)功能，使得操作人員在選取監控點(diǎn)的時(shí)候，不必通過(guò)難以記憶和易混淆的位號來(lái)確定，只需給定設備和信號描述，系統便通過(guò)查詢(xún)功能將點(diǎn)確定出來(lái)。

    該控制系統2008年己經(jīng)成功在吉林石化公司高碳醇廠(chǎng)鋁粉車(chē)間運用，自從投入運行至今，安全穩定，使得鋁粉生產(chǎn)的質(zhì)量和效率得到了根本保證，功能完全滿(mǎn)足了鋁粉生產(chǎn)的各項要求，為企業(yè)創(chuàng )造了巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

    其它作者簡(jiǎn)介：沙洪(1974-)，工程師，電儀設備管理員，1997年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現從事工廠(chǎng)電氣儀表設備的管理工作。

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    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第二期