FIX组态软件在胶带监控系统中的应用

2007-09-19 07:37:26

单位】　　The application of FIX configuration software in belt band monitoring and control system
　　
　　摘要：本文结合祁东煤矿井下胶带监控系统的设计，介绍了煤矿胶带监控系统的功能、软硬件构成,并详细介绍了FIX组态软件的工作原理和它在此系统中的应用。
　　关键词: 监控系统 PLC FIX组态软件 MPI
　　Abstract: According as the design of belt band monitoring and control system in QiDong coal mine underground, the paper describes the function of belt band monitoring and control system in coal mine underground and introduces the software and hardware components. The operation principle of FIX configuration software and the application of it in this system are explained in detail.
　　Keywords: monitoring and control system PLC FIX configuration software MPI
　　1、引言
　　随着工业自动化控制水平的提高，每个行业的厂家都竞相投入先进的生产设备以求在市场竞争中取得优势。煤炭行业作为一项支柱产业同样面临着这一挑战，再加上煤矿井下生产环境十分恶劣，许多岗位不宜人工值守，监控系统在该环节的投入势在必行。胶带运输是煤矿生产中十分重要的环节，任何一种操作都至关重要，因此应用在监控系统中的监控系统的性能必须成熟且可靠。皖北矿务局祁东煤矿的井下胶带监控系统选用了西门子PLC作为下位机，选用了比较成熟的监控软件FIX作为上位机软件。本文以该系统为例介绍了FIX在煤矿井下胶带监控系统中应用。
　　2、项目背景
　　皖北祁东煤矿井下受监控设备有：三条胶带----东翼胶带，中央主胶带，西翼胶带。各胶带对应的储煤仓，配仓刮板机，伺服电机。需要的监测信号主要有：各胶带当前运行状态信息值，配仓刮板机的运行情况，如当前胶带起停信息、胶带带速、胶带伺服电机电流，还有一些故障信息如胶带跑偏、堵塞、打滑等。需要的控制信号有：系统起车停车，单台设备起停车，手动自动选择，以及某些故障信号的解锁恢复等。控制中心设在地面，配合工业电视和通信设备实现井下胶带监控。
　　3、监控系统的硬件结构
　　皖北祁东煤矿井下胶带监控系统的硬件结构如图1所示：
　　

图1 胶带监控系统的硬件结构图
　　整个系统可分为两层：监控管理层和现场测控层，监控管理层由两台本地节点的上位机和数台远程节点的客户机共同组成C/S结构。本地节点的上位机配有CP5611现场总线接口卡，它可从Profibus-DP现场总线中获取PLC等数据采集设备中的数据。为了保证系统的稳定性，系统运用了双机冗余，将另一台工控机通过同样的现场总线接口卡CP5611与现场总线相连，若其中一台工控机发生故障，另一台可继续运行。各客户端工作站，亦称为远程节点，配有相同FIX监控软件，通过FIX监控软件本身的网络特性向本地节点存取设备的数据。
　　现场测控层由PLC及其所连接的胶带信息测控设备构成，PLC负责现场数据采集和设备控制。本系统采用西门子公司300系列的PLC。CPU315-2DP集成了PROFIBUS- DP现场总线接口装置。分布式I/O系统在现场运行，并采用ET200通讯模块与PROFIBUS- DP相连接。 I/O模块下的执行器和传感器连接到现场设备，I/O模块按主/从模式向现场设备提供输出数据并向CPU或上位机馈送输入数据。
　　上位机的FIX监控软件采用MPI驱动程序从Profibus-DP总线上获取PLC数据，完成设备监测和控制。
　　4、监控系统的软件结构
　　软件结构部分包括Windows NT 操作系统、下位机编程软件、上位机监控软件。
　　4、1 下位机编程软件
　　PLC程序的编制在上位机中完成，本系统采用SIMATIC S7-300的配套编程工具STEP7完成硬件组态、参数设置、编程、测试、调试和文档处理。通常，用户程序由组织块（OB）、功能块(FB、FC)、数据块（DB）构成。其中，OB是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。功能块(FB、FC)是用户子程序。数据块（DB）是用户定义的用于存取数据的存储区，本系统中它是上位机监控软件与STEP7程序的数据接口点。在MPI中配置与其相对应的DB块就可实现上位机与STEP7程序的数据接口。
　　4、2上位机监控软件
　　FIX工控组态软件是由美国 Intellution公司开发的基于 Windows9X&NT的大型应用软件，它集控制技术、人机界面技术、图形技术、数据库技术、网络技术于一身，包含动态显示、报警、趋势、控制策略、控制网络通信等组件，提供一个友好的用户界面，使用户可根据实际生产需要生成相应应用软件。
　　4、2、1现场到前置机
　　（1）数据采集流程：FIX运用I/O驱动程序从设备中读写数据，每个I/O驱动程序支持特定硬件。本系统硬件配置中我们采用了PROFIBUS网络，由于PROFIBUS网络的传送方式同样可用于MPI网络，系统采用了MPI驱动程序从设备获取数据。FIX组态软件首先通过MPI驱动程序软件接口从现场的过程硬件中获取数据，存入 DIT驱动程序映像表中 (驱动程序映像表在系统运行时实际上是一块内存区 )，FIX的内部数据库(PDB)通过 SAC程序从DIT表中获取它所需的数据，应用软件 (如 FIX的画面运行程序、报表生成程序等 )都通过内部数据库访问软件从 FIX内部数据库中获取来自过程硬件的信息，这样就可以实现在工业流程画面上动态地显示现场各过程硬件的运行状态，数据也可以按相反的顺序写回现场过程硬件，执行控制操作。结构如图2所示。
　　

图2 数据采集流程
　　(2) MPI配置： MPI驱动程序的应用中很重要的问题是STEP7和FIX的地址转换问题，在STEP7中设置的DB块应与MPI的DB块相对应，这需要在MPI配置中实现。对MPI进行配置，包括通道、设备、起始地址及其它一些参数，令MPI的DB块与STEP7中设置的DB块相对应。此外，在对MPI进行配置表中地址（ADDRESS）一项中所填的数字必须小于等于在S7软件配置中分配DB区所给定的数字，否则将导致通讯不成功。例如图3中ADDRESS为12，则在S7的DB配置中必须大于等于12。配置好MPI后在FIX数据库块的地址栏中输入MPI地址作为I/O地址，那么数据就可根据数据块的扫描时间的设置按时间或事件进行刷新。
　　

图3 MPI 配置表
　　4、2、2 实时数据库系统组态
　　 FIX数据库是由若干块组成，块是具有下列某些或全部功能的独立单位：
　　· 从其它块或直接从驱动器映像表接收数据
　　· 按指令对数据进行操作
　　· 将数值输出到驱动器映像表。
　　FIX软件提供了不同类型的块，每个块完成唯一的功能。FIX有两种标准类型块，初级块和辅助块。初级块可以从驱动器映像表接收数据并产生报警信息，通常初级块和一个或多个I/O硬件相连。辅助块从上游块或初级块接受数据并完成一个特定功能。
　　把块放到一定位置并连接起来就构成了链。链完成取数据和控制功能，根据完成的任务不同，链的设计也不同。通常，是用某种初级块（如模拟量输入或数字量输入）从驱动器映像表中接收数据，用辅助块完成功能设计，再用某种初级块（如模拟量输出或数字量输出）将数据写入驱动器映像表中。图4说明了数据链的设计。
　　

图4 数据链
　　4、2、3 图形界面开发程序
　　图形界面开发程序由画面编辑应用程序（Draw）和画面显示应用程序（View）组成。画面编辑应用程序提供需要制作实时画面的所有功能，如图形、文字、数据、动画和图表工具，用户可根据实际生产需要进行画面组织。画面显示给用户提供命令与图建立联系，用户可使用各种各样的方法进行画面的操作。本系统中开发的主要画面有：
　　（1）状态显示画面
　　如图5所示，状态显示画面主要显示各胶带当前运行状态信息值，如当前胶带带速、储煤仓的仓位以及一些故障信息，如胶带跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的颜色来表示当前状态为正常还是异常。
　　在该画面中还包含单台设备控制子画面。尽管系统起停关系已经在STEP7中进行组态编程，但是在某些情况下还需要对设备进行单台控制。如图5所示，在画面中点击相应设备按钮就可对该设备进行单独控制。数据被写回到现场过程硬件中从而进行控制操作。
　　（2）实时报警处理
　　对系统实时采集的数据进行判断，发出报警信号，并按技术要求进行处理并自动进行相应的设备控制，如对胶带故障信号的解锁及其恢复等。
　　（3）报表打印
　　利用FIX的DDE功能开发出实时报表并具有随时打印功能。
　　（4）实时数据曲线显示
　　监视设备重要参数的变化趋势曲线，从而可以了解设备在一段时间的运行状况。
　　（5）历史趋势画面。
　　功能与实时数据曲线类似，只是它显示的是过去一段时间设备的运行参数值
　　

图5 现场流程画面
　　图5 现场流程画面
　　
　　4、2、4 网络功能
　　（1）局域网络功能
　　利用 Windows98&NT的拨号网络和FIX组态软件本身提供的网络功能，可以把现场过程硬件的运行情况传到远程的监控管理层的客户机上，使监控管理层的客户机能像运行本地计算机一样享有远程工业计算机的资源，及时了解远程工业现场的运行情况。
　　FIX通过把PC连网实现分布式处理。FIX目前支持Net BIOS和TCP/IP接口进行点到点通信。FIX的局域网组合是非常简单的，具体为：以太局域网中两台计算机运行带KEY的fix，安装时选择网络版，其中fix的节点名必须和局域网中的计算机名一致，另外，在SCU的网络设置中应选择TCP/IP协议，在remote nodes中添加彼此的节点名。在运行任务中最好加上NETDIAG.EXE程序（在fix安装的根目录下）。这样在彼此的数据库可以看到对方的数据表，在画面中数据引用也可以看到对方node中的tag。
　　管理人员根据本地节点送上来的信息进行生产统计、报表分析、经济效益分析、做出生产和经营决策。
　　（2）互联网：为了提高企业的市场竞争力，向社会宣传企业生产能力、产品、组织机构、供求行情等信息，应在Internet网把信息传播到全国、全世界 ,最大限度地宣传企业自身形象。FIX组态软件支持ODBC数据库，允许关系数据库和FIX数据库的通信。通过ODBC标准把数据写入SQL server中并可在网上发布相应数据信息。
　　下面描述通过SQL命令建立与SQL Server的通信的步骤：
　　（1）建立一个SQL Server数据源，假定命名为db1，同时，还要在同一个关系数据库中建立SQL命令表和SQL错误记录，分别用来存储SQL命令和SQL错误记录。
　　（2）在数据源(ODBC)中配置添加SQL Server驱动器,导入数据源db1.
　　（3）在FIX组态软件的系统配置（SCU）中，选择图标，SQL账户对话框出现，选择数据类型为SQL Server数据库。填写数据库标识db1.
　　（4）FIX数据库中有两个数据块用来处理关系数据库的，它们分别是SQL触发块(SQT)和SQL数据块(SQD)，这两个块连在一起可以构成一个数据链。简单的数据链如图6所示：
　　

图6 SQT和SQD构成的数据链
　　SQL触发块定义了FIX和关系数据库的接口。主要用它来定义处理过程数据时使用SQL数据库的哪一条SQL命令。在SQL Name中输入SQLLIB的sqlname，并填入数据源名，如图7所示。
　　

图7 SQL触发块配置
　　SQL数据块（SQD）识别从FIX数据库的什么地方采集数据，传送到关系数据库中，或从关系数据库的数据传送到FIX数据库的什么地方。它与SQT块相结合执行SQL命令，SQL数据块配置表如图8所示。
　　

图8 SQL数据块配置
　　这样FIX就完成了采集数据向关系数据库的转变。方便的实现了与因特网的连接。
　　5 结束语：皖北矿务局祁东煤矿井下胶带监控系统现已投入运行，并取得了良好的经济效益。
　　
　　参考文献：
　　1FIX中文资料。
　　2 西门子组态手册
　　3 潘莹玉，现场总线技术及其在变电综合自动化系统中的应用，电力系统通信，1998年第1期
　　4 王新英，工控组态软件FIX32体系结构及其应用，微计算机信息， 2001年第17卷第8期。
　　5赵卫东， FIX在上位机中的应用，微计算机信息，2000年第16卷第6期。
　　6陈松立，控制电器与控制系统，中国矿业大学出版社， 2001年2月第一版。
　　7黄静雯，煤矿胶带监控系统的设计，微计算机信息,已录用。
　　
　　作者简介：黄静雯（1978年），女，2000年毕业于中国矿业大学，现为中国矿业大学硕士研究生，主要从事监测监控方面的研究。
　　E-mail：gracehjw@263.net
　　电话：0516-3993649（宅）或013092321855（手）
　　
　　
　　
　　

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