摘要：在對某焦化廠生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)的現(xiàn)狀及需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了基于FIX組態(tài)軟件和CAN總線技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)方案并進(jìn)行了工程實(shí)施。運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)。 關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件 現(xiàn)場總線 DDE CAN總線 FIX 1. 引言 監(jiān)控組態(tài)軟件是計(jì)算機(jī)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物?！敖M態(tài)”的概念是伴隨著集散控制系統(tǒng)（distributed control system）的出現(xiàn)才被廣大的生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)人員所熟知的。 監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方法靈活，功能強(qiáng)大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，人機(jī)接口是其主要內(nèi)含。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)控制、SCADA、通信及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容。組態(tài)軟件的主要目的是使使用者在生成適合自己需要的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)不需要修改軟件的源代碼，大大縮短了軟件開發(fā)時(shí)間，降低開發(fā)成本，而且功能強(qiáng)大，運(yùn)行可靠。 現(xiàn)場總線是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。根據(jù)IEC1158定義，現(xiàn)場總線是“安裝在生產(chǎn)過程區(qū)域的現(xiàn)場設(shè)備、儀表與控制室內(nèi)的自動(dòng)控制裝置、系統(tǒng)之間的一種串行、數(shù)字式、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)”。同其它網(wǎng)絡(luò)一樣，現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也具備OSI的若干層協(xié)議，從這個(gè)意義上講，它與普通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有相同的屬性；但現(xiàn)場總線時(shí)針對工業(yè)現(xiàn)場而開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，因而在工業(yè)現(xiàn)場中具有其他網(wǎng)絡(luò)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。 2.總體方案設(shè)計(jì) 2.1 用戶需求 為焦化廠調(diào)度人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在調(diào)度室能夠直觀的觀察到全廠各個(gè)車間的生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)等。這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是高效率發(fā)揮人力、物力和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵；全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)可在調(diào)度室進(jìn)行監(jiān)視、處理存儲(chǔ)、打印、越限報(bào)警；監(jiān)控計(jì)算機(jī)軟件要求圖形人機(jī)界面。 2.2 總線選擇 當(dāng)今主要的幾種現(xiàn)場總線有：FF基金會(huì)現(xiàn)場總線、Lonworks總線、PROFIBUS總線、CAN總線等。通過比較分析，我們最終選取了CAN總線。 CAN總線是由德國Bosch公司推出，并已被ISO國際標(biāo)準(zhǔn)組織定為國際標(biāo)準(zhǔn)。它得到了如Motorola、Intel、Philip、Siemens、NEC等大公司的支持，并已被廣泛應(yīng)用。CAN總線也是最早進(jìn)入我國的現(xiàn)場總線之一，其應(yīng)用技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品都已進(jìn)入成熟階段。 當(dāng)通信速率為5kb/s時(shí)，無需中繼器，傳輸距離可達(dá)10km，完全滿足我們在廠區(qū)的布線要求。其傳輸介質(zhì)為雙絞線。可掛接設(shè)備數(shù)最多為110個(gè)，滿足廠區(qū)采集點(diǎn)數(shù)要求。 CAN總線為多主站主從式工作方式，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)均可在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信靈活。利用這一特點(diǎn)可方便的構(gòu)成多級備份系統(tǒng)。它的每幀信息都有CRC校驗(yàn)及其他檢驗(yàn)措施保證了數(shù)據(jù)的出錯(cuò)率極低。基于以上特點(diǎn)，我們認(rèn)為CAN總線是一種可靠、高效、成熟的技術(shù)，能夠滿足工程要求。 2.3組態(tài)軟件選擇 根據(jù)客戶要求，人機(jī)界面要友好，軟件功能要強(qiáng)大，以利于后繼再開發(fā)，我們選了Intellution公司的FIX軟件。根據(jù)PCWEEK Special Report世界工控組態(tài)軟件前幾名的名次是：Intellution公司的FIX Dmacs For Windows、Wonderware公司的Intouch、U.S.DA－TA公司的Factorylink、IBM公司的Plantworks、Heunristics公司的Onspec、Iconics公司的Genesis、Intec Controls公司的Paragon。上述軟件一般都支持世界知名廠家的現(xiàn)場設(shè)備，在綜合考慮了性能和廠方要求，本系統(tǒng)采用了FIX組態(tài)軟件。 FIX軟件集控制技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體，包括動(dòng)態(tài)顯示、報(bào)警、趨勢、控制策略、控制網(wǎng)絡(luò)通信等組件。提供了一個(gè)友好的用戶界面，使用戶在不需要編寫大量代碼的情況下便可以生成自己需要的應(yīng)用軟件。 3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 焦化廠工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)由RSM模塊、屏蔽雙絞線、三臺(tái)上位機(jī)、兩臺(tái)打印機(jī)和一套投影設(shè)備組成（如上圖）。正常工作時(shí)兩臺(tái)主上位機(jī)獨(dú)立工作，兩臺(tái)打印機(jī)分別連接這兩臺(tái)上位機(jī)。另一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為備份數(shù)據(jù)和連接投影儀，從兩臺(tái)上位計(jì)算機(jī)讀取任何一臺(tái)的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)；當(dāng)一臺(tái)主機(jī)發(fā)生異常時(shí)，則從另一臺(tái)讀取數(shù)據(jù)。而發(fā)生異常的主機(jī)重新啟動(dòng)后，從另一臺(tái)主機(jī)拷貝數(shù)據(jù)，使歷史數(shù)據(jù)得以完整。 PC機(jī)中的CAN總線通訊卡和智能采集模塊，是國內(nèi)的華控公司的產(chǎn)品。但是FIX不支持華控的設(shè)備，這就需要用華控的軟件來完成采集功能，而其他的功能由FIX來完成。FIX和華控軟件的通訊，采用DDE方式。HUCS對現(xiàn)場的各采集模塊進(jìn)行組態(tài)以后，由其從硬件實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并送至華控的HKDDEserver，再由FIX通過DDE客戶端從Server中取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)一步處理。 4.軟件設(shè)計(jì) 4.1界面設(shè)計(jì) FIX提供了強(qiáng)大的人機(jī)圖形編輯功能，有自帶的素材庫，還有較多范例。我們既用了它的素材庫中的圖形元件，也用了范例中的圖形元件，設(shè)計(jì)了具有立體感的界面。主選擇畫面有十二個(gè)按鈕，包括一到四號(hào)焦?fàn)t的焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣、五號(hào)焦?fàn)t、舊減壓、新減壓、中央泵房和凈化黃河水，如圖2： 圖2 主畫面 其中每一個(gè)按鈕都以一幅位圖表示，并在按鈕下方添加了對應(yīng)的說明文字。對每一個(gè)按鈕進(jìn)行編程，加入相應(yīng)的命令語句，使用戶點(diǎn)擊時(shí)彈出相應(yīng)的第二級畫面。第二級畫面包含管道的連接圖以及管道上面的模擬的傳感元件，在模擬的傳感元件上有銘牌，利用了FIX 的數(shù)據(jù)鏈接控件，可以在銘牌上實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)。 同時(shí)，當(dāng)用戶點(diǎn)擊銘牌時(shí)，彈出此采集點(diǎn)的實(shí)時(shí)曲線畫面，調(diào)度員可以監(jiān)視此曲線的變化。實(shí)時(shí)曲線畫面包括一個(gè)多筆曲線、三個(gè)歷史曲線查看按鈕、一個(gè)歷史報(bào)表按鈕以及一個(gè)返回按鈕。三個(gè)歷史曲線按鈕是：20分鐘、8小時(shí)、24小時(shí)曲線。FIX提供了用EXCEL輸出報(bào)表的功能，它是通過DDE服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)用程序EXCEL的。我們通過FIX的腳本語言編寫了程序，點(diǎn)擊歷史報(bào)表按鈕，運(yùn)行此程序，自動(dòng)起動(dòng)DDE服務(wù)器程DMEDDE.EXE，繼而打開EXCEL程序，進(jìn)行報(bào)表輸出工作。 4.2數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì) FIX的從硬件得到數(shù)據(jù)的過程是這樣的，先由O/I驅(qū)動(dòng)器（本軟件采用FIX Dynamic DataExchange I/O driver）從I/O中讀入數(shù)據(jù)并將其傳送到驅(qū)動(dòng)器映象表（DIT）的指定地址；然后掃描、報(bào)警和控制程序(SAC)從DIT讀入數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理并把它傳給過程數(shù)據(jù)庫；內(nèi)部數(shù)據(jù)庫訪問功能從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)并把它傳遞給要取數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件。所以，數(shù)據(jù)庫是FIX的核心。畫面編輯、報(bào)警、曲線顯示等等功能都要依靠數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的好壞也直接關(guān)系到各個(gè)部分功能的實(shí)現(xiàn)。 FIX軟件提供了不同類型的塊，每一個(gè)塊完成唯一的功能。生成數(shù)據(jù)庫的目的就是按一定順序把這些塊鏈接起來完成一個(gè)特定的任務(wù)。一個(gè)鏈能夠完成檢驗(yàn)、自動(dòng)報(bào)警、獲得數(shù)據(jù)以及過程控制等功能。一個(gè)數(shù)據(jù)庫包括了很多鏈，以完成不同的功能。因?yàn)閿?shù)據(jù)庫的內(nèi)容比較多，下面僅舉兩例進(jìn)行簡要說明：例一，一號(hào)焦?fàn)t采集點(diǎn)PIC202是模擬量，故一級塊選用模擬量輸入塊，在此塊的屬性對話框內(nèi)輸入一些數(shù)據(jù)，就可以完成一定的功能，非常方便。定義此點(diǎn)的點(diǎn)名為J1PIC202，因?yàn)槭菑腄DE客戶端讀取數(shù)據(jù)，所以硬件特性欄中設(shè)備應(yīng)為DDE，I/O地址是＝hkdde|var!aio.pv ；工程單位定義為：下限0.00kpa,上限為4.00kpa；掃描時(shí)間為1秒；此節(jié)點(diǎn)的后繼塊為擴(kuò)展趨勢塊J1PIC202ETR。這個(gè)鏈就建好了，運(yùn)行時(shí)掃描、報(bào)警和控制程序（SAC）就以定義好的時(shí)間間隔執(zhí)行每個(gè)塊的指令，完成定義的功能；例二，模擬量采集點(diǎn)PI401要求有報(bào)警信息，所以選取模擬量報(bào)警塊為一級塊，在報(bào)警欄要選擇“允許報(bào)警”選項(xiàng)，并填寫高報(bào)警時(shí)此模擬量的值，同時(shí)定義了兩個(gè)觸點(diǎn)名：J1PI401H.F_CV和J1PI401L.F_CV分別對應(yīng)高、低限，當(dāng)越限時(shí)，使J1PI401H和J1PI401L的值分別為1，而J1PI401H和J1PI401L實(shí)際上是兩個(gè)硬件特性為SIM的開關(guān)量報(bào)警塊，這個(gè)鏈的關(guān)系可以由圖3說明。 圖3 報(bào)警鏈結(jié)構(gòu)圖 4.3歷史趨勢顯示 FIX是通過歷史定義、歷史采集和歷史顯示三個(gè)獨(dú)立的程序來完成歷史趨勢顯示功能的。在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，先在歷史定義里定義好所有需要?dú)v史記錄的采集點(diǎn)；然后使歷史采集程序在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)始終運(yùn)行并將采集來的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在硬盤上；最后，在用戶需要觀察采集量歷史時(shí)在歷史顯示程序中使用相應(yīng)的畫筆將數(shù)據(jù)以圖形形式顯示在界面上。 4.4數(shù)據(jù)備份 FIX提供了歷史數(shù)據(jù)備份的功能，可以根據(jù)用戶的定義靈活方便地按照規(guī)定的要求將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。要使用FIX的歷史數(shù)據(jù)，必須要先讓FIX采集現(xiàn)場的量并存儲(chǔ)于硬盤上并通過自己的DDE服務(wù)器將歷史數(shù)據(jù)共享給DDE客戶程序，本系統(tǒng)采用了EXCEL作為DDE客戶程序?；玖鞒倘鐖D4： 圖4 數(shù)據(jù)流圖 5.結(jié)束語 在該焦化廠測控系統(tǒng)中，CAN總線技術(shù)和FIX組態(tài)軟件得到完美結(jié)合，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡單方便，深受用戶的歡迎，因而該方案具有實(shí)用推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn) 1、 魏瑞軒，韓崇昭等，基于CAN總線構(gòu)件大型復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)時(shí)測控網(wǎng)絡(luò),工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2000.6 2、 王巖，張福恩，現(xiàn)場總線技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展，電子器件，2001.3 3、 王新英，工控組態(tài)軟件FIX32體系結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，微計(jì)算機(jī)信息，2001（17） 4、 劉曉強(qiáng)等，F(xiàn)IX組態(tài)軟件在微機(jī)監(jiān)控中的二次開發(fā)與應(yīng)用，煤炭科學(xué)技術(shù),2000.2 作者簡介：楊偉（1965-），男，講師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化及工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究工作。 通信地址： （210094 南京市南京理工大學(xué)動(dòng)力學(xué)院807教研室 ）楊偉 電話：（025）4315987 13851879502