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    (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(shè)備主任。2003年畢業(yè)于遼寧工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事鋁粉生產(chǎn)及分級裝置設(shè)備管理、過程控制等工作。

    摘要：本文采用IFIX組態(tài)軟件進行控制系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)了鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)過程的自動化和一體化控制，為提高鋁粉生產(chǎn)和過程控制的質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。該監(jiān)控系統(tǒng)功能齊全，操作簡單，界面友好，系統(tǒng)容易擴展。

    關(guān)鍵詞：鋁粉；氮氣霧化；控制系統(tǒng)；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)過程具有很大的危險性，同時霧化壓力、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(tǒng)提出了很高的要求。在分析鋁粉生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，通過對現(xiàn)在比較流行的組態(tài)軟件進行比較，由于IFIX提供了一個非常熟悉的完整的集成開發(fā)環(huán)境，提供了對Intellution Dynamics組件和外部數(shù)據(jù)及對象無限制的讀取和擴展能力，能夠?qū)⒁恍┬碌墓δ軐崿F(xiàn)出來，所以最終采用組態(tài)軟件IFIX4.0中文版來開發(fā)鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)控制系統(tǒng)。

    1 IFIX組態(tài)軟件介紹

    IFIX是Intellution Dynamics自動化軟件產(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化監(jiān)視與控制軟件的解決方案。IFIX可以精確地監(jiān)視、控制生產(chǎn)過程，并優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備和企業(yè)資源管理。能夠?qū)ιa(chǎn)事件快速反應(yīng)，減少原材料消耗，提高生產(chǎn)率，從而加快產(chǎn)品對市場反應(yīng)速度。生產(chǎn)的關(guān)鍵信息可以通過IFIX貫穿從生產(chǎn)現(xiàn)場到企業(yè)主管者桌面的全廠管理體系，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)的遠程線組態(tài)；即插即解決結(jié)構(gòu)及COM/DCOM組件技術(shù)，全面支持ActiveX控件；安全容器的專利技術(shù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行；功能強大的微軟標準描述語言，嵌入式VBA
(Visual Basic for Application)；標準SQL/ODBC接口，直接集成關(guān)系數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)；真正的、實時的客戶/服務(wù)器模式允許最大的規(guī)?？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，客戶端冗余；調(diào)度處理器使任務(wù)可以基于時間或事件觸發(fā)，根據(jù)需要在前臺或后臺運行；先進的報警和信息管理，提供無限制的報警區(qū)域和報警計數(shù)器，報警過濾和遠程報警管理等功能；高度免編程關(guān)系數(shù)據(jù)庫引擎VisconX控件集。

    2 鋁粉生產(chǎn)控制系統(tǒng)組態(tài)

    2.1 實時數(shù)據(jù)庫

    IFIX提供了統(tǒng)一環(huán)境進行數(shù)據(jù)點的定義，而且提供了很多的數(shù)據(jù)類型，有很多現(xiàn)成的功能塊：歷史記錄塊、趨勢塊、計算塊、PID塊、計時塊等。系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場的實際特點，定義了數(shù)字輸入點、數(shù)字輸出點、模擬輸入點、模擬輸出點、計算點、趨勢點、多態(tài)數(shù)字量輸入點。

    2.2 后臺數(shù)據(jù)庫

    后臺數(shù)據(jù)庫的使用，解決了系統(tǒng)中缺陷問題。將實時數(shù)據(jù)庫信息的一個副本放到后臺數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)能夠應(yīng)用查詢功能，使得開發(fā)的實時趨勢圖功能、歷史趨勢圖功能、監(jiān)測點一覽功能、報警及操作記錄查詢功能具有了一定的通用性，在用IFIX開發(fā)其它的監(jiān)控系統(tǒng)時，這些功能的代碼都無需改動，只需將后臺數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容更換為新的實時數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，上述功能即無需更改便可使用。

    2.3 監(jiān)控畫面組態(tài)

    本系統(tǒng)中IFIX實現(xiàn)的功能為監(jiān)測鋁粉氮氣霧化生產(chǎn)過程系統(tǒng)運行情況，首先利用I/O Driver取得數(shù)據(jù)送入PDB中并在畫面上顯示；能在畫面上手工輸入一些設(shè)定值及控制器參數(shù)；報警及操作記錄存入文件以備查詢?yōu)g覽；一些重要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫用于歷史趨勢瀏覽以及生成報表；數(shù)據(jù)庫中存有PDB數(shù)據(jù)庫信息，通過修改數(shù)據(jù)庫內(nèi)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(jiān)控畫面組態(tài)中遵循的原則

    (1)界面設(shè)計的一致性。一致性原則在界面設(shè)計中最容易違反，同時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(tǒng)一和規(guī)范，從而迎合用戶的審美要求。例如，在菜單和聯(lián)機幫助中必須使用相同的術(shù)語，對話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(yīng)該減少操作序列的長度。使常用操作具有捷徑，不僅提高用戶的工作效率，還使得界面在功能實現(xiàn)上簡潔和高效。

    (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(tǒng)應(yīng)該提供信息的反饋，以幫助用戶確定操作的結(jié)果。

    (4)操作的可逆性。操作應(yīng)該可逆，這對于不具備專門知識的操作人員是必要的?？赡娴膭幼骺梢允菃蝹€的操作，也可以是一個相對獨立的操作序列。

    3 IFIX組態(tài)畫面的監(jiān)控功能

    3.1 IFIX與PLC通訊實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控

    對整個生產(chǎn)過程進行組態(tài)，通過動畫形式將生產(chǎn)過程流程畫面形象直觀地顯示在屏幕上，各個監(jiān)控點的數(shù)據(jù)也實時顯示在畫面上，生產(chǎn)畫面可以及時切換，使操作人員方便地控制鋁粉生產(chǎn)線開停車操作，監(jiān)控當前的生產(chǎn)狀態(tài)，設(shè)定修改PID參數(shù)等。
                    
                                      圖2  生產(chǎn)過程流程選擇畫面
                    
                                      圖3  生產(chǎn)過程監(jiān)控畫面
    3.2 實時數(shù)據(jù)瀏覽和歷史數(shù)據(jù)瀏覽

    監(jiān)控系統(tǒng)中有時需要在某同一時刻觀測位于不同畫面中的信號狀態(tài)，頻繁切換畫面不但麻煩，而且觀測的也不是同一時刻的值。IFIX具有的實時數(shù)據(jù)瀏覽和歷史數(shù)據(jù)瀏覽功能，便可以解決這個問題，該畫面可以顯示所有用戶想要瀏覽的模擬量和數(shù)字量的狀態(tài)，每頁最多可以顯示20條信號的狀態(tài)，通過翻頁按鈕，可以瀏覽到所有用戶關(guān)心的量。歷史數(shù)據(jù)存儲和瀏覽功能，方便用戶對操作記錄和生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行查詢?yōu)g覽，用以總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗。

    3.3 實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線顯示

    IFIX具有功能強大的曲線顯示控制，通過實時趨勢畫面和歷史趨勢畫面可以形象查看畫面上定義測點的所有實時趨勢和和歷史趨勢，實時趨勢畫面和歷史趨勢畫面也以組的形式進行顯示，每組最多可以顯示8條實時趨勢曲線，8個信號可以根據(jù)需要任意進行組合，用不同的顏色區(qū)分各條曲線，兩種畫面的起始時間、時間跨度、量程等都可以方便地修改，通過點擊曲線上方的放大按鈕，趨勢曲線的細節(jié)可以進行放大。歷史數(shù)據(jù)保存時間最長可達200天，歷史數(shù)據(jù)保存時間間隔最短可達1s。
                   
                                      圖4  實時趨勢畫面
                   
                                       圖5  歷史趨勢設(shè)置畫面
    系統(tǒng)可以將操作員執(zhí)行的所有操作記錄下來，包括操作時間以及所執(zhí)行的是何種操作，如哪個操作員何時以何種操作權(quán)限登錄、打開某個監(jiān)視畫面的時間、修改控制回路設(shè)定值的時間等，記錄的這些信息可以用于系統(tǒng)的安全檢查和事故分析。例如，當監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以分析是由不正確的操作引起，還是由其它原因引起的。在該頁面，通過設(shè)置報警時間段、設(shè)備名稱、信號描述和查找報警信息類型，系統(tǒng)可以迅速的查找到符合信息的操作信息。

    3.4 實時報警顯示，歷史報警瀏覽
               
                               圖6  報警顯示畫面
    在屏幕下方設(shè)定報警條，產(chǎn)生的報警實時在這里顯示出來。此條目顯示最新的報警，顯示的信息包括報警發(fā)生時間、設(shè)備名稱、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行報警確認，有兩種確認的方式可以進行選擇，自動確認和手動確認。通過設(shè)置報警時間段、設(shè)備名稱、描述和查找報警信息類型，系統(tǒng)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(tǒng)報表實現(xiàn)日報表、月報表和年報表

                  
                                 圖7  日報表畫面圖
                  
                                圖8  報警顯示瀏覽畫面
    報表中統(tǒng)計出每小時、每天、每月的生產(chǎn)原料的使用量，報表統(tǒng)計準確。報表界面用Crystal Reports開發(fā)，可以創(chuàng)建出專業(yè)的自定義報表。日報表的畫面如圖7所示，月報表和年報表的畫面和日報表相似。報表顯示按鈕默認顯示當前日期的報表，通過設(shè)置按鈕，可以打開時間設(shè)置窗口，以設(shè)定想要瀏覽的日期。點擊打印按鈕，報表便可以被打印出來。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控制算法的實現(xiàn)

    利用Matlab語言和ActiveX技術(shù)開發(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(shè)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(shù)以及加權(quán)因子的平滑系數(shù)λ和誤差閾值，如圖9所示。
                
                                 圖9  模糊PID混合控制器參數(shù)設(shè)置畫面

    3.7 監(jiān)測點一覽功能

    監(jiān)控系統(tǒng)中有時需要在某同一時刻觀測位于不同畫面中的信號狀態(tài)，頻繁切換畫面不但麻煩，而且觀測的也不是同一時刻的值。雖然實時趨勢圖可以在某種程度上滿足需要，但需要觀測的量很多，既有模擬量又有數(shù)字量時，實時趨勢圖也有點力不從心。監(jiān)測點一覽功能便可以解決這個問題，該畫面可以顯示所有用戶想要瀏覽的模擬量和數(shù)字量的狀態(tài)，每頁最多可以顯示20條信號的狀態(tài)，通過翻頁按鈕，可以瀏覽到所有用戶關(guān)心的量，如圖10所示。
                    
                                     圖10  監(jiān)測點一覽畫面
    4 結(jié)論

    采用IFIX組態(tài)軟件平臺進行的鋁粉氮氣霧化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程的自動化和一體化控制。融合了新設(shè)計思想的系統(tǒng)，界面更加友好，操作更加簡單，大大的降低了操作人員的工作強度。增加了后臺數(shù)據(jù)庫，使得系統(tǒng)的維護與擴展更加容易，只需更改后臺數(shù)據(jù)庫即可完成。添加的關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢功能，使得操作人員在選取監(jiān)控點的時候，不必通過難以記憶和易混淆的位號來確定，只需給定設(shè)備和信號描述，系統(tǒng)便通過查詢功能將點確定出來。

    該控制系統(tǒng)2008年己經(jīng)成功在吉林石化公司高碳醇廠鋁粉車間運用，自從投入運行至今，安全穩(wěn)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)濟效益和社會效益。

    其它作者簡介：沙洪(1974-)，工程師，電儀設(shè)備管理員，1997年畢業(yè)于吉林化工學(xué)院工業(yè)自動化專業(yè)，獲工程學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)從事工廠電氣儀表設(shè)備的管理工作。

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    摘自《自動化博覽》2010年第二期