基于iFIX的選礦生產SCADA系統的實現

摘 要：闡述了選礦控制系統中HMI的設計要求，確定了選用iFIX組態軟件做HMI的設計。具體介紹了SCADA系統的HMI實現方法，通過實踐說明iFIX使整個自動化系統更加靈活、可靠，選用iFIX極大地提高了投資回報率，降低了生產成本。
關鍵詞：iFIX，SCADA， PLC，人機界面
隨著技術的發展和管理要求的提高及節能降耗的要求，需選礦生產提高自動化水平、實現管控一體化，實現全面的數字化管理。為了達到上述要求，首先必須實現選礦現場數據采集、過程監控功能，在此基礎上再實現集中控制聯網監控功能，之后實現實時監控信息系統。
本文以某公司的選礦生產流程為例，基于構造一個可靠、方便、靈活的監控系統和數據采集系統的目的，選擇iFIX組態軟件來實現生產過程中的監控。以下主要介紹某選礦自動化系統的控制要求，iFIX組態軟件的特點及SCADA系統的實現。
1 SCADA系統中組態軟件的選擇
1．1 系統概況
選礦工藝包括：中碎、細碎、磨礦、分級、浮選等主輔工序，根據工藝流程要求及集散控制理論，分別在中碎、細碎、磨礦、環水等設立PLC控制站，中央控制室設立集中監控中心。該系統的特點是監控中心通過網絡與各分控站交換數據，各分控站根據控制程序獨立控制該工藝環節的所有被控設備，當系統網絡中斷時也不影響該分控站的運行，或某一分控站出現故障時不會影響其他分控站的運行，系統具有較高安全性和可靠性。
1．2 控制要求
根據系統的特點和操作工藝對組態軟件提出如下要求；
•組態畫面按照系統控制結構圖設計，反應整個工藝流程；
•畫面清晰逼真，運行時具有動態效果，以顏色的變化來反應設備的工況；以數值、曲線或棒圖來反應模擬量的變化，報警狀態用較為顯眼的顏色變化和聲音來警示；
•畫面設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據，定時將歷史數據備份到其他存儲介質中；
•數據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；
•工藝參數需平凡改變且更改方便；
•能把不同協議的控制器及儀表集成在一完整的系統中；
•SCADA系統需融入現有的MIS系統；
•系統兼容性強，升級改造簡單、方便。
1．3 組態軟件的選擇
根據以上要求，對比國內外組態軟件，最終選擇iFIX。iFIX的設計在軟件內核中充分使用了當前最先進的軟件技術[1]，包括微軟的VBA、OPC、ODBC、ADO、ActiveX控件、COM/DCOM使用了基于面向對象的框架結構，iFIX能實施高性能的自動化解決方案，而且使系統的維護、升級和擴展更加方便。以下是iFIX的一些先進的技術特點：
•功能強大的即插即解決技術；
•組件對象結構；
•集成發展環境Workspace TM；
•VBA (Visual Basic for Application)腳本；
•高通用性的OPC（OLE for Process Control）技術；
•增強的安全性和可靠性，強大的冗余功能；
•強大的圖形功能、報警功能及歷史數據功能；
•自定義的專家向導、功能按鈕及配方功能；
•強大的網絡功能，真正的分布式網絡結構；
•無可比擬的開放性，為系統未來的升級做好了鋪墊。
2 系統的硬件
在選礦生產過程中，中碎和細碎現場控制站PLC選用了OMRON公司的CS系列產品，而在磨礦和環水系統的現場控制站PLC選用了SIEMENS公司的S7—300系列產品部分儀表需通過OPC與系統通訊。在整個系統中，計算機與OMRON PLC之間的信息交換通過Control Link網進行，計算機與SIEMENS PLC之間的信息交換通過Profibus網進行，部分儀表需通過OPC與系統通訊。在本系統的實現中，SCADA系統采用一臺服務器工作，另外有一臺熱備份的方式來實現冗余，通過采用這種結構，則系統得可靠性、穩定性得到了極大的提高，此外系統還有一臺Terminal Server 及若干Client。其結構如圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖
SCADA服務器主要負責從PLC上取得數據，而用戶則通過Client遠程登錄到iFIX終端服務器上對現場進行監視或控制。遠端的用戶可由因特網撥入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器上的iFIX，而且連接服務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系統的具體實現
3．1 與底層PLC的通信
在SCADA服務器啟動以后，會載入一個過程數據庫，這個過程數據庫接收來自PLC的數據。所以在iFIX中必須建立所需的數據庫來對應PLC中的數據，現場數據傳入映像表中，而后再經過掃描、報警，控制程序傳輸到過程數據庫。這樣，在組態應用中就可以利用內部數據庫訪問功能來取數據了。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
在過程數據庫中采集到現場數據后，就可以用iFIX來創建動態畫面，以此給監控、操作和管理人員提供直觀的生產流程、必要的報警提示和一些生產數據。選礦破碎生產根據測點的分布區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、直觀的將生產工作狀態，各種所需的數據顯示出來。從圖2可以看出，用iFIX組態的人機界面具有畫面清晰逼真等特點，而且數據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效果，以顏色的變化來反應設備的工況，以數值、曲線或棒圖來反應模擬量的變化，報警狀態用較為顯眼的顏色變化和聲音來警示。

圖2 iFIX組態的破碎部分人機界面
3． 3 報警實現
特別對于某些敏感的數據，如物位、頻率之類，需要嚴格控制在某些范圍之內，這時就可以通過數據塊設置上限、下限、上上限、下下限來實現實時報警。如果采集的數據一旦超出范圍，就可以通過蜂鳴器和報警顏色的閃爍來提醒監控或管理人員。用戶還可使用iFIX的報警數據庫來查閱以前的報警。iFIX提供分配報警區域的功能，管理人員可根據需要創建報警區（iFIX自身提供了16個缺省報警區，分別從A到P），這樣一旦哪個區域出現狀況，就能十分直觀明了地體現出來。
3． 4 歷史數據及其趨勢圖
監控、管理人員往往需要通過歷史數據來分析產品在生產中可能發生的各種問題，例如跟蹤分析生產過程等。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節點（包括本地節點與遠程節點）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簽名。設置完之后，就可以在“任務控制”里啟動“歷史數據采集”。在歷史數據的采集過程中，還可以在“任務控制”中查看是否有數據超載的情況發生。若發生超載，則說明采組中設置的速度不匹配，這樣則會導致某些數據塊的值丟失。超載如果重復發生，則可能表示采集組的相位不匹配需調整以減少超載的發生。
在本系統中，用VBA開發了如圖3所示的歷史曲線查詢界面，這種樹狀結構可直觀地查詢各變量的歷史數據，在這個界面上還加了歷史筆的設置和數據前后滾動按鈕。

圖3 歷史曲線界面
3．5 配方的實現
在實際的生產過程中，往往要用到配方，這樣能極大提高生產效率。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 與數據庫的連接
iFIX雖然能夠提供歷史數據的查詢，但是管理人員往往需要保存幾個月甚至幾年的數據，這時就需要利用專門的數據庫來保存歷史數據。且礦業公司需要把SCADA系統融入原有的信息管理系統，信息管理系統采用MS SQL Server 2000數據庫，則需要用到iFIX的ODBC來訪問數據源。
通過ODBC，SCADA系統可無縫地融入信息管理系統，管理人員就在信息管理系統中了解生產情況，做到管控一體化。
4 結束語
本系統由于采用了SCADA冗余結構，因此具有較好的穩定性。iFIX組態軟件提供直觀的動態畫面，十分明了易懂。通過在選礦集散控制系統中的應用，充分體現了iFIX HMI/SCADA軟件強大的組態功能、網絡功能，其開放的體系結構方便地集成其他第三方組件，并定制用戶化的系統環境，這些強大的功能減少了工程設計實施時間，簡化系統的升級和維護，同時還能使iFIX和其他第三方應用無縫的集成，顯著地提高生產率。
參考文獻：
[1] Intellution iFIX快速上手[Z].GE Fanuc自動化.2005.9：2-3
[2] Intellution iFIX網絡配置指南[Z].GE Fanuc自動化.2004.6：55-70
[3] Intellution iFIX培訓手冊[Z].GE Fanuc自動化.2001.12：60-90


（東南大學自動化學院 顧偉臣）