集散控制系統(tǒng)在油庫管理系統(tǒng)中的應(yīng)用
近年來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，工業(yè)和生活用油的需求不斷增加，使得油庫在生產(chǎn)和管理方面的工作日益繁重。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷普及和發(fā)展，我國的油庫建設(shè)者們開始利用先進(jìn)的工業(yè)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及其它相關(guān)的高科技技術(shù)，結(jié)合我國機(jī)場油庫現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，為實現(xiàn)油庫生產(chǎn)的自動化和日常管理工作的規(guī)范化進(jìn)行了不懈的研究。下面以某民航機(jī)場中轉(zhuǎn)油庫的管理調(diào)度系統(tǒng)為例，介紹一下在上位機(jī)監(jiān)控軟件方面的設(shè)計和實現(xiàn)，作為對這一領(lǐng)域的探討。
1 系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)配置如圖1所示。它主要包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、上位機(jī)系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)PLC和生產(chǎn)過程，是一個典型的集散控制系統(tǒng)。自1975年第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)又叫分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS），是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展而產(chǎn)生的，其主要特點是集中管理、分散控制，具有很強(qiáng)的自主性、協(xié)調(diào)性、靈活性和可靠性。進(jìn)入90年代以后，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的IT業(yè)逐漸成為推動高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新熱點，“開放”和“資源共享”是未來信息與控制領(lǐng)域發(fā)展的基本要求和發(fā)展趨勢。系統(tǒng)的開放不僅使不同廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互連，也使得第三方的軟件可以方便地在不同的硬件平臺上應(yīng)用，從而簡化了用戶對系統(tǒng)的開發(fā)。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件就是用美國Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch7.1開發(fā)的，下面將進(jìn)行具體介紹。
2InTouch的特點
目前，有很多工控組態(tài)軟件，如InTouch、iFix、LabView，國產(chǎn)的有“組態(tài)王”、“世紀(jì)星”等。
InTouch是美國Wonderware公司開發(fā)的世界上第一個集成的、基于組件的MMI系統(tǒng)——FactorySuite2000中的一個核心組件。它具有世界領(lǐng)先的HMI（人機(jī)接口界面）和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。它在報警和歷史趨勢方面的功能，極大地方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控。
它具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過傳統(tǒng)的DDE和擴(kuò)展的NetDDE的方式，可與本機(jī)和其它計算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)。同時，它支持通過ODBC訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。
另外，它支持標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX技術(shù)，使得用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多媒體功能。
更重要的是，它提供了廣泛的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口——I/OServer，能方便地連接到各種控制設(shè)備，包括：Siemens、Modicon、Opto22、squareD等。甚至，也可以利用第三方Server。
在性能上，InTouch對核心代碼進(jìn)行了優(yōu)化，運行效率比較高。同時，它經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，并擁有大量的客戶，應(yīng)該說具有相當(dāng)高的可靠性和穩(wěn)定性。
基于以上原因，我們選擇InTouch作為上位機(jī)軟件的開發(fā)工具。
3軟件設(shè)計
1）用戶需求此軟件的用戶是某機(jī)場中轉(zhuǎn)油庫，從目前情況來看，他們的日常生產(chǎn)流程主要包括從鐵路棧橋收航油（煤油）和汽油到指定的油罐，同時將合格的油發(fā)給機(jī)場或其它客戶。不久，他們將增加從管線直接收油的方式，并且將油品分為保稅油和非保稅油兩種，分別走不同的管線。另外，他們需要用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，并打印每日報表。
2）數(shù)據(jù)通訊
在InTouch中，上位機(jī)的數(shù)據(jù)主要分為內(nèi)存型和I/O型。其中，內(nèi)存型數(shù)據(jù)為InTouch程序內(nèi)部定義的變量，不需要通過I/OServer即可進(jìn)行訪問；I/O型數(shù)據(jù)的來源一般為其它計算機(jī)結(jié)點或本機(jī)運行的其它程序，這類數(shù)據(jù)由InTouch通過NetDDE或DDE的方式獲得。
在本系統(tǒng)中，上位機(jī)采集下位機(jī)中來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，將控制命令傳給下位機(jī)，以此監(jiān)控生產(chǎn)過程。然而，通常上位機(jī)無法直接從下位機(jī)中取得數(shù)據(jù)，這時需要一個通訊接口——I/OServer。由于，本系統(tǒng)上、下位機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并且下位機(jī)為Modicon的PLC，因此應(yīng)該選用ModiconEthernet型號的I/OServer。假設(shè)上位機(jī)、下位機(jī)和運行I/OServer的計算機(jī)的IP地址分別為192.168.10.11、192.168.10.99、192.168.10.12，則I/OServer中TopicDefinition的設(shè)置為：
TopicName——plc（任意定義）；
IPAdrress——192.168.10.99（PLC的地址）。
這樣，I/OServer就可以從下位機(jī)取得數(shù)據(jù)了。而要讓InTouch從I/OServer中取到正確的數(shù)據(jù)，還必須為每個I/O變量定義AccessName和ItemName：
其中，AccessName可任取，如IO，其余參數(shù)分別為：
NodeName——192.168.10.12（I/OServer所在結(jié)點的IP地址）；
ApplicationName——mbenet（ModiconEthernet的程序名）；
TopicName——plc（I/OServer中定義的TopicName）。
ItemName根據(jù)下位機(jī)的不同有所差異，對于Modicon的PLC，開關(guān)量為1或0堪響運行速度。另外，InTouch還支持圖片透明色功能，這樣可去掉圖片中不需要的底色，使畫面更加協(xié)調(diào)、美觀。
4）系統(tǒng)監(jiān)控
上位機(jī)軟件最主要的功能就是系統(tǒng)監(jiān)控。InTouch可以為每個數(shù)據(jù)定義它的報警信息，模擬量還可定義高、低、高高、低低報警值，并且可以通過條件腳本或、數(shù)據(jù)值改變腳本和用戶編制的快速腳本處理各種報警信息，如彈出報警窗口或聲音提示。
例如，要監(jiān)控1號電機(jī)電流過高的情況，就可以定義一個motor1.HiStatus的條件腳本，并在OnTrue腳本框中寫上：
Showmotor1_high_alarm;（彈出報警窗口）
PlaySound(d:\sound\1號電機(jī)高電流報警.wav,1);（聲音報警）
5）數(shù)據(jù)庫訪問
數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)管理不可缺少的工具，也是工作報表的數(shù)據(jù)來源，。目前，在大、中型集散控制系統(tǒng)中被廣泛采用的數(shù)據(jù)庫管理軟件有Oracle、SQLServer、Informix等，本系統(tǒng)即采用了SQLServer。
InTouch支持SQL語言，并且能通過ODBC接口方便地與不同類型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。要做到這一點，首先需要在“控制面板”的ODBC中為自己的數(shù)據(jù)庫定義一個數(shù)據(jù)源名，如：oil；然后在InTouch的SQLAccessManager\BindList中為自己在數(shù)據(jù)庫中定義的某張表（如tank）定義一個綁定列（如tanklist），注意表與綁定列的格式和數(shù)據(jù)類型應(yīng)完全一樣。這樣，要往表中插入數(shù)據(jù)的程序就可以寫為：SQLConnect(ConnectionId,dsn=oil);（連接數(shù)據(jù)庫）
SQLIns ert(ConnectionId,tank,tanklist);(插入數(shù)據(jù))
InTouch沒有提供作報表的工具，但用戶可以自己制作報表窗口，并調(diào)用窗口打印函數(shù)PrintWindow()打印報表。另外，也可以采用其它報表制作工具或采取動態(tài)網(wǎng)頁的方式。
6）系統(tǒng)安全
系統(tǒng)安全問題是每一個上位機(jī)軟件設(shè)計人員必須考慮的，InTouch可以通過帳號管理機(jī)制，限制不同人員的訪問權(quán)限，來實現(xiàn)系統(tǒng)安全。
在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)登錄的畫面如右圖所示。當(dāng)操作員按下登錄熱鍵（如Ctrl+F10），將彈出此窗口。登錄之后的操作員擁有自己的訪問級別（$AccessLevel），決定了他對上位機(jī)軟件的操作權(quán)限。比如，某些重要設(shè)備（如電機(jī)）的開關(guān)按鈕只能讓工程師以上級別的人（$AccessLevel>6000）操作，則可在按鈕動畫鏈接的Miscellaneous\Disable（on）屬性的條件表達(dá)式中寫上$AccessLevel<6000。這樣，沒有登錄或訪問級別不夠的人就無法觸發(fā)此按鈕了。
4 方案總結(jié)
以上是本系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計的基本框架，可以看出，通過與InTouch相結(jié)合，軟件不僅在設(shè)計和實現(xiàn)上非常簡單，而且在功能上也十分強(qiáng)大，同時又具有較高的性能和穩(wěn)定性。并且，對軟件的維護(hù)和升級也比較方便。目前，該方案正被應(yīng)用于某機(jī)場儲油庫改造的示范工程中。
1 系統(tǒng)簡介
系統(tǒng)配置如圖1所示。它主要包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、上位機(jī)系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、下位機(jī)PLC和生產(chǎn)過程，是一個典型的集散控制系統(tǒng)。自1975年第一套集散控制系統(tǒng)問世以來，集散控制系統(tǒng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。集散控制系統(tǒng)又叫分布式計算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS），是由計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、測控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和人機(jī)接口技術(shù)相互發(fā)展而產(chǎn)生的，其主要特點是集中管理、分散控制，具有很強(qiáng)的自主性、協(xié)調(diào)性、靈活性和可靠性。進(jìn)入90年代以后，以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為代表的IT業(yè)逐漸成為推動高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新熱點，“開放”和“資源共享”是未來信息與控制領(lǐng)域發(fā)展的基本要求和發(fā)展趨勢。系統(tǒng)的開放不僅使不同廠商的集散控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以互連，也使得第三方的軟件可以方便地在不同的硬件平臺上應(yīng)用，從而簡化了用戶對系統(tǒng)的開發(fā)。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)監(jiān)控軟件就是用美國Wonderware公司的工控組態(tài)軟件InTouch7.1開發(fā)的，下面將進(jìn)行具體介紹。
2InTouch的特點
目前，有很多工控組態(tài)軟件，如InTouch、iFix、LabView，國產(chǎn)的有“組態(tài)王”、“世紀(jì)星”等。
InTouch是美國Wonderware公司開發(fā)的世界上第一個集成的、基于組件的MMI系統(tǒng)——FactorySuite2000中的一個核心組件。它具有世界領(lǐng)先的HMI（人機(jī)接口界面）和面向?qū)ο蟮膱D形開發(fā)環(huán)境，便于高效、快捷地配置用戶的應(yīng)用程序。它在報警和歷史趨勢方面的功能，極大地方便了對系統(tǒng)的監(jiān)控。
它具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，通過傳統(tǒng)的DDE和擴(kuò)展的NetDDE的方式，可與本機(jī)和其它計算機(jī)中的應(yīng)用程序?qū)崟r交換數(shù)據(jù)。同時，它支持通過ODBC訪問各種類型的數(shù)據(jù)庫，便于系統(tǒng)的綜合管理。
另外，它支持標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX技術(shù)，使得用戶可以輕松地為自己的應(yīng)用程序開發(fā)各種網(wǎng)絡(luò)多媒體功能。
更重要的是，它提供了廣泛的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換接口——I/OServer，能方便地連接到各種控制設(shè)備，包括：Siemens、Modicon、Opto22、squareD等。甚至，也可以利用第三方Server。
在性能上，InTouch對核心代碼進(jìn)行了優(yōu)化，運行效率比較高。同時，它經(jīng)過了嚴(yán)格的測試，并擁有大量的客戶，應(yīng)該說具有相當(dāng)高的可靠性和穩(wěn)定性。
基于以上原因，我們選擇InTouch作為上位機(jī)軟件的開發(fā)工具。
3軟件設(shè)計
1）用戶需求此軟件的用戶是某機(jī)場中轉(zhuǎn)油庫，從目前情況來看，他們的日常生產(chǎn)流程主要包括從鐵路棧橋收航油（煤油）和汽油到指定的油罐，同時將合格的油發(fā)給機(jī)場或其它客戶。不久，他們將增加從管線直接收油的方式，并且將油品分為保稅油和非保稅油兩種，分別走不同的管線。另外，他們需要用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，并打印每日報表。
2）數(shù)據(jù)通訊
在InTouch中，上位機(jī)的數(shù)據(jù)主要分為內(nèi)存型和I/O型。其中，內(nèi)存型數(shù)據(jù)為InTouch程序內(nèi)部定義的變量，不需要通過I/OServer即可進(jìn)行訪問；I/O型數(shù)據(jù)的來源一般為其它計算機(jī)結(jié)點或本機(jī)運行的其它程序，這類數(shù)據(jù)由InTouch通過NetDDE或DDE的方式獲得。
在本系統(tǒng)中，上位機(jī)采集下位機(jī)中來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理，將控制命令傳給下位機(jī)，以此監(jiān)控生產(chǎn)過程。然而，通常上位機(jī)無法直接從下位機(jī)中取得數(shù)據(jù)，這時需要一個通訊接口——I/OServer。由于，本系統(tǒng)上、下位機(jī)通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，并且下位機(jī)為Modicon的PLC，因此應(yīng)該選用ModiconEthernet型號的I/OServer。假設(shè)上位機(jī)、下位機(jī)和運行I/OServer的計算機(jī)的IP地址分別為192.168.10.11、192.168.10.99、192.168.10.12，則I/OServer中TopicDefinition的設(shè)置為：
TopicName——plc（任意定義）；
IPAdrress——192.168.10.99（PLC的地址）。
這樣，I/OServer就可以從下位機(jī)取得數(shù)據(jù)了。而要讓InTouch從I/OServer中取到正確的數(shù)據(jù)，還必須為每個I/O變量定義AccessName和ItemName：
其中，AccessName可任取，如IO，其余參數(shù)分別為：
NodeName——192.168.10.12（I/OServer所在結(jié)點的IP地址）；
ApplicationName——mbenet（ModiconEthernet的程序名）；
TopicName——plc（I/OServer中定義的TopicName）。
ItemName根據(jù)下位機(jī)的不同有所差異，對于Modicon的PLC，開關(guān)量為1或0堪響運行速度。另外，InTouch還支持圖片透明色功能，這樣可去掉圖片中不需要的底色，使畫面更加協(xié)調(diào)、美觀。
4）系統(tǒng)監(jiān)控
上位機(jī)軟件最主要的功能就是系統(tǒng)監(jiān)控。InTouch可以為每個數(shù)據(jù)定義它的報警信息，模擬量還可定義高、低、高高、低低報警值，并且可以通過條件腳本或、數(shù)據(jù)值改變腳本和用戶編制的快速腳本處理各種報警信息，如彈出報警窗口或聲音提示。
例如，要監(jiān)控1號電機(jī)電流過高的情況，就可以定義一個motor1.HiStatus的條件腳本，并在OnTrue腳本框中寫上：
Showmotor1_high_alarm;（彈出報警窗口）
PlaySound(d:\sound\1號電機(jī)高電流報警.wav,1);（聲音報警）
5）數(shù)據(jù)庫訪問
數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)管理不可缺少的工具，也是工作報表的數(shù)據(jù)來源，。目前，在大、中型集散控制系統(tǒng)中被廣泛采用的數(shù)據(jù)庫管理軟件有Oracle、SQLServer、Informix等，本系統(tǒng)即采用了SQLServer。
InTouch支持SQL語言，并且能通過ODBC接口方便地與不同類型的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。要做到這一點，首先需要在“控制面板”的ODBC中為自己的數(shù)據(jù)庫定義一個數(shù)據(jù)源名，如：oil；然后在InTouch的SQLAccessManager\BindList中為自己在數(shù)據(jù)庫中定義的某張表（如tank）定義一個綁定列（如tanklist），注意表與綁定列的格式和數(shù)據(jù)類型應(yīng)完全一樣。這樣，要往表中插入數(shù)據(jù)的程序就可以寫為：SQLConnect(ConnectionId,dsn=oil);（連接數(shù)據(jù)庫）
SQLIns ert(ConnectionId,tank,tanklist);(插入數(shù)據(jù))
InTouch沒有提供作報表的工具，但用戶可以自己制作報表窗口，并調(diào)用窗口打印函數(shù)PrintWindow()打印報表。另外，也可以采用其它報表制作工具或采取動態(tài)網(wǎng)頁的方式。
6）系統(tǒng)安全
系統(tǒng)安全問題是每一個上位機(jī)軟件設(shè)計人員必須考慮的，InTouch可以通過帳號管理機(jī)制，限制不同人員的訪問權(quán)限，來實現(xiàn)系統(tǒng)安全。
在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)登錄的畫面如右圖所示。當(dāng)操作員按下登錄熱鍵（如Ctrl+F10），將彈出此窗口。登錄之后的操作員擁有自己的訪問級別（$AccessLevel），決定了他對上位機(jī)軟件的操作權(quán)限。比如，某些重要設(shè)備（如電機(jī)）的開關(guān)按鈕只能讓工程師以上級別的人（$AccessLevel>6000）操作，則可在按鈕動畫鏈接的Miscellaneous\Disable（on）屬性的條件表達(dá)式中寫上$AccessLevel<6000。這樣，沒有登錄或訪問級別不夠的人就無法觸發(fā)此按鈕了。
4 方案總結(jié)
以上是本系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計的基本框架，可以看出，通過與InTouch相結(jié)合，軟件不僅在設(shè)計和實現(xiàn)上非常簡單，而且在功能上也十分強(qiáng)大，同時又具有較高的性能和穩(wěn)定性。并且，對軟件的維護(hù)和升級也比較方便。目前，該方案正被應(yīng)用于某機(jī)場儲油庫改造的示范工程中。
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