[硕士论文精品]远程阀位监控系统——系统架构设计.pdf

东南大学成贤学院毕业设计报告 i 远程阀位监控系统远程阀位监控系统系统架构系统架构设计设计 摘摘 要要 随着科学技术的不断进步，生产自动化的程度要求越来越高，不但要求现场控制器具有高可靠、高精度 和全分散的特点，而且也要其上位机的软件具有较为强大的功能和友好的人机交互界面。基于 ifix 的工业 自动化组态软件具有良好的开放性、安全性以及扩展性，且能够出色的满足分布式监控和数据采集（scada） 系统模块化、分布式的要求。ifix 工业自动化组态软件成为了工业控制领域中最流行的组态软件之一。本 课题旨在实现基于组态软件的远程阀位监控系统。系统包括：数据采集、流程画面监控、历史曲线查询、报 表查询、 用户登录和权限分配等。 该系统不仅能够很好地实现工业控制领域里对于远程阀位监控的应用需求， 而且也可以满足一些中大型原油中转站的远程监控需要。 关键词：关键词：ifixifix； 仿真仿真 simsim 点；数据点；数据库；标签组；库；标签组；vbvb 东南大学成贤学院毕业设计报告 ii system framework design of remote valve-monitoring system abstract with the continuous progress of science and technology, the precision of automation have become increasingly demanding. it not only requires on-site controller with high reliability, high precision and wide dispersion characteristics, but also needs the host computers software to be more powerful with a friendly man-machine interface. ifix based configuration software for industrial automation has good openness, security and scalability. meanwhile it could well meet the distributed monitoring, supervisory control and data acquisition) scada and distributed modulation requirements. configuration software (ifix) has become the one of the most popular configuration software of the field of industrial control.this paper proposes to structure a remote valve-monitoring system which is configuration software based. the system includes: data acquisition, process monitoring, history curve query, reporting queries, user login and permissions distribution. the system is not only good for the field of industrial control valve remote monitoring applications, but also to meet some of the large crude oil transfer station remote monitoring needs. keywords: ifix; simulation; database; tag groups; vb 东南大学成贤学院毕业设计报告 iii 目目 录录 第一章 绪论 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 目前国内外油库系统概况 . 1 1.3 论文的任务 . 2 第二章 ifix 3.0 介绍 . 3 2.1 组态软件介绍 . 3 2.1.1 组态软件概述 . 3 2.1.2 组态软件的发展历史、现状及前景 . 3 2.2 ifix 组态软件 3 2.2.1 ifix 简介. 3 2.2.2 ifix 特性. 4 2.3 vb 数据库 . 5 2.3.1 vb 简介 . 5 2.3.2 基于 vb 脚本的数据库访问 . 6 第三章 上位机系统的设计与实现 8 3.1 总体设计 . 8 3.1.1 硬件设计 . 8 3.1.2 软件设计 . 8 3.2 建立 scada 系统 . 9 3.2.1 scada 系统概述 9 3.2.2 建立 scada 系统的步骤 10 3.3 画面设计 14 3.3.1 启动画面 14 3.3.2 画面的切换 15 3.3.3 画面中使用标签组 16 3.4 设计历史数据趋势 21 3.5 设计实时数据趋势 23 3.6 设计报警查询 24 3.7 设计权限管理 27 3.7.1 在 ifix 里增加角色信息 . 27 3.7.2 创建存放用户信息的关系数据库 29 3.7.3 vb 脚本访问关系数据库 . 29 第四章 总结 . 32 致谢 33 参考文献(refrences) 34 东南大学成贤学院毕业设计报告 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 研究背景研究背景 目前我国的油库监控系统的自动化水平较国外相比还相距相当大的差距， 罐区的实时数据的重要信息的 测量、读取和录入还主要依靠人工；很多工艺生产现场还是依靠人工开阀、手动控泵。这样的系统不仅存在 监控不及时、人为误差大，也具有随意性强、可靠性低等缺点。因此，很多油库罐区都在进行以摆脱传统监 控方式、作业方法，建立便捷、先进、可靠的监控系统为目的的自动化改造。 随着改革开放的逐渐深入，以及我国加入wto 后经济的巨大发展，使得石油成品油作为一种重要的能 源和化工原料，在很大程度上摆脱了“计划供给、物资调拨”的性质，逐步走向了市场。油库在石油产品的 流转过程中，担负着物流集散的重要职能，在最终实现石油商品物质形态空间转移的整个过程中，发挥着衔 接产销的关键作用。而各级油库在作业、经营、管理的各个层面上都越来越明显地表现出了品种增加、交易 密集、进出频繁、信息量大且错综复杂等特点。这种形势，对油库的工艺条件、安全保障、关键设备的技术 含量及可靠性、 基于自动化， 信息化基础之上的监控管理手段等方面客观上提出了更高的标准、 更新的要求。 由于油库是储存和供应石油产品的专业性仓库，是协调原油生产和加工、成品油运输及供应的纽带。随着现 代过程控制工业的大型化、连续化和集成化的发展，生产过程日趋复杂，传统的常规仪表已无法满足现代化 的控制要求。因此，为了满足上述要求，作为石化自动化和信息化的重要组成部分，各种集组态软件实时监 控技术和plc过程控制技术为一体的工业过程自动控制系统应运而生。 基于 ifix 的工业自动化组态软件就是这样一款具有良好的开放性、安全性以及扩展性，并且能够出色 的满足分布式监控和数据采集（scada）系统模块化、分布式的要求的软件。它不仅能够为操作者提供一 个清晰、美观的实时画面，以及强大的人机交互性能，同时也可以为用户提供实时报警，历史曲线，等一系 列直观功能的软件。这款软件除了具有上述强大功能外，还集控制技术，图形技术，人机界面技术，数据库 技术，网络技术等为一体。因此，ifix 工业自动化组态软件成为了工业控制领域中最流行的组态软件之一。 下面我为读者简单的介绍下 ifix 工业组态软件的历史。 ifix 是全球最领先的 hmi/scada 自动化监控组态软件，已有超过 300，000 套以上的软件在全 球运行。世界上许多最成功的制造商都依靠 ge fanuc 的 ifix 软件来全面监控和分布管理全厂范围 的生产数据。在包括冶金、电力、石油化工、制药、生物技术、包装、食品饮料、石油天然气等各 种工业应用当中，ifix 独树一帜地集强大功能、安全性、通用性和易用性于一身，使之成为任何生 产环境下全面的 hmi/scada 解决方案。 利用 ifix 各种领先的专利技术，可以帮助企业制定出更 快、更有效的商业及生产决策，以使企业具有更强的竞争力。 1 1. .2 2 目前国目前国内外油库系统概况内外油库系统概况 正如上文所述，国外的油库管理中已经引入了先进的工业控制技术、网络技术、数据库技术等，对油库 日常的收发油品作业、储油管理、油库监控系统等进行全方位的综合管理。而我国的油库自动化技术与国际 先进水平相比还是有一定的差距。各种计量仪表的精度较低，稳定性较差，控制系统的控制精度比较低，信 息化管理水平不够健全。 我国的油库自动化控制和管理系统曾经历了一个较长的发展时期， 各种系统操作方 式各异，水平也参差不齐，其中还存在着许多人工开阀、手动控泵的原始发油手段。这些系统一方面是可靠 性不高， 影响油库的经济效益； 另一方面没有运用现代化信息技术使有关人员能够方便及时的了解现场的实 时运行情况以及历史生产信息， 不能为生产调度决策提供可靠的数据依据， 同时也不利于提高整个企业的科 学化管理水平。 在油罐自动计量技术方面。 由于目前采用的储罐容量较大， 因此油罐的计量精度要求非常高， 因为微小的液位高度测量误差都会带来很大的容量误差。一些发达国家从八十年代开始，就借助于微电子、 计算机、光纤、超声波、传感器等高科技的迅猛发展，将各种新技术、新方法应用到储罐计量领域，使储罐 东南大学成贤学院毕业设计报告 2 自动计量呈现出集功能、精度、现场一体化的新局面。在这一情况下，我们国家必须加紧发展相关领域的自 动化控制水平，以适应国际化的竞争压力。原油产品相关领域是国家的支柱型产业，关系整个国家的经济命 脉，这一点不容忽视。 1.31.3 论文的任务论文的任务 本课题旨在实现基于组态软件的远程阀位监控系统。系统包括：数据采集、流程画面监控、历史曲线查 询、报表查询、用户登录和权限分配等。 本文紧密结合ifix 3.0 工控组态软件下的模拟环境和演示系统， 对模拟油库的油罐和阀的数据采集系统 进行了总体框架设计，并由本人对整个系统的仿真sim点进行了设定。由于本人主要负责整个系统的框架设 计，资源分配，因此需要了解整个系统各部分的设计方法以及任务，所以也协同其它三位组员共同完成了整 个系统的设计任务，在此做出说明。 主要完成下面的工作： 1、着重设计油库自动化监控系统的总体实现方案； 2、重点设计数据采集系统即数据库的设计；由于本次毕业设计不使用plc，因此我们采用系统自带的 模拟仿真sim点对实际油罐工作情况做出模拟。 3、重点设计用户权限管理部分； 4、重点设计人机交互界面部分； 5、重点设计历史和实时曲线查询部分； 6、重点设计工艺流程监控画面部分； 6、简单介绍组态软件ifix 3.0 的相关知识； 7、学习vb程序设计和面向对象编程的基础知识；由于ifix 内嵌vba(visual basic for application)脚本 编辑器，并且很多数据访问是通过vba 实现的，因此需要学习vb 的数据库访问技术。 东南大学成贤学院毕业设计报告 3 第二章第二章 ifix 3.0 ifix 3.0 介绍介绍 2.1 2.1 组态软件介绍组态软件介绍 2.1.1 组态软件概述 组态软件在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可以理解为“组态式监控软件” 。 “组 态(configure)”的含义是“配置” 、 “设定” 、 “设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完 成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态” 。它有时候也称为“二次开发” ， 组态软件就称为“二次开发平台” 。 “监控（supervisory control） ” ，即“监视和控制” ，是指通过计算机信 号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理 组态软件，又称组态监控软件系统软件。译自英文scada,即 supervisory control and data acquisition(数据采集与监视控制)。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。它们处在自动控制系统监 控层一级的软件平台和开发环境， 使用灵活的组态方式， 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、 通用层次的软件工具。组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数 据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。 2.1.2 组态软件的发展历史、现状及前景 一、发展历史 最早开发的通用组态软件是dos环境下的组态软件，其特点是具有简单的人机界面（mmi） 、图库、绘 图工具箱等基本功能。随着windows的广泛应用，windows环境下的组态软件成为主流。与dos环境下的组 态软件成为主流。与dos环境下的组态软件相比，其最突出的特点是图形功能有了很大的增强。国外许多优 秀通用组态软件是在英文状态下开发的，它具有应用时间长、用户界面不理想、不支持或不免费支持国内普 遍使用的硬件设备、 组态软件本身费用和组态软件培训费用高昂等因素， 这些也正是国内通用组态软件在国 内不能广泛应用的原因。 随着国内计算机水平和工业自动化程度的不断提高， 通用组态软件的市场需求日益 增大。近年来，一些技术力量雄厚的高科技公司相继开发出了适合国内使用的通用组态软件。 二、发展现状 如今组态软件市场已比较成熟，年增长速度大概在9%左右。但全球知名的厂商不足20 家，其中比较强 的6 家占据了整个市场75%的份额，属于大企业垄断性质。国内市场可细分为高端和中低端。高端市场基本 上由国外品牌的软件占有，像一些国家级的大项目、大型企业的主生产线控制等，高端市场的特点是装机量 小，但单机销售额大，中低端市场基本由国产软件占有，亚控的组态王独占鳌头。目前国内主要流行的组态 软件有wonderware 的intouch、cit 公司的citech、simens 的wincc、组态王、华富计算机公司的 controx2000、大庆三维公司的forcecontrol、ge 的cimplicity，rockwell 的rsview，ni 的lookout，pcsoft 的wizcon 等等。 2.2 2.2 ifix 组态软件组态软件 2.2.1 ifix 简介 ifix 是美国爱默生集团intellution 公司与2000 年推出的工业界第一套完全集成组件对象的自动化软件 intellution dynamics tm 家族中的重要一员。它的推出使得工业控制领域的自动化软件水平进入崭新时代。 intellution dynamics 的核心技术被称为icare，是基于开放式、集成和组件化结构的技术，提供对网络和因 特网上的第三方应用程序的无缝集成，可实现真正的分布式客户/服务器网络体系。ifix 软件可以作为一个 “进入过程的窗口”，并提供实时数据给操作员及软件应用。为追求系统的稳定性以及易扩展性，ifix 软 东南大学成贤学院毕业设计报告 4 件只支持windowsnt/2000/xp 操作系统。 1 2.2.2 ifix 特性 一、易于扩展和集成 由于运用了直观的图形工具，ifix 的用户可以快速上手，简单快捷地为他们的生产过程创建高性能的 过程窗口。无论是简单的单机人机界面 (hmi)，还是复杂的多节点、多现场的数据采集和控制系统 (scada)， ifix 都可以方便地满足各种应用类型和应用规模的需要。 ifix 灵活的系统结构意味着： ifix 不 但可以满足当前系统应用的需要，还可以在将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。 二、分布式网络结构 ifix 提供真正的分布式、客户/服务器结构，为系统提供最大的可扩展性。无论是server 和 client 功 能运行在单一计算机， 实现简单的单机人机界面(hmi)， 还是网络复杂的分布式多server 和多client 数据采 集和控制系统，ifix都可以保证优异的性能。 三、hmi/scada 服务器 ifix server 直接连接到物理i/o 点，并维护过程数据库。过程数据库中有多种功能块可供选择，包括： 模拟量、数字量输入输出块、计算块、报警块、累计块、计时器块、连续控制块、统计块及sql 功能块等。 intellution 客户端应用包括：实时动态画面、趋势、报表、批次控制、mes 等。 四、客户端 iclient iclient 是ge fanuc 标准的客户端软件，它作为传统的客户端安装在ifix客户节点上。通过在view 节 点设置适当的客户端权限， 用户可以访问到网络中任意scada server 中的数据。 实时动态画面、 趋势显示、 报表等应用都运行在iclient 上。而且在网络中各个view 节点上都能进行开发工作，包括开发画面、构造 scada server 中的数据库。 iclientts iclientts 是具有iclient 功能的 internet 瘦客户端方案，它使用了微软的windows 2000 终端服务 (terminal server) 技术。利用iclient 技术，activex控件及vba 和第三方的应用，iclientts 可以连接到网 络中任意scada server并读取数据。iwebserver iwebserver 是ge fanuc 另外一种internet瘦客户端解决方 案。使用iwebserver 将ifix 画面转换成html 文件，并通过web 服务器发布。客户端使用标准web 浏览器 就能看到scada server 上实时动态数据。 五、ifix 系统结构的优点 ifix 分布式、客户/服务器结构包括了可灵活构造的服务器 (scada server)和客户端 (iciient、 iciientts 和iwebserver)。然而对用户来说ifix 却是一个集成的完整系统，每台计算机有自己的节点名， 每个数据项都有自己的点名。ifix 网络中数据的读取都通过标识scada server 节点名、数据点名及数据 域（如cv 表示当前值）来识别。 六、ifix 系统图 利用scada server 或者已有的ifix 节点和client 的组合，ifix 可以灵活 东南大学成贤学院毕业设计报告 5 图2-1 ifix 系统图 6 适用于各种复杂的网络系统中。 七、新技术 1、vba vba 是ifix 完全内置的一个强有力的编程工具， 可以快速方便地生成自动的操作任务和自动化解决方 案。intellution dynamics 的vba 工具包括以下特性： a.可以访问所有列出的对象的属性、方法和事件。 b.支持多种数据源，包括过程数据库、任何opc 服务器、其它对象的属性和sql 数据库。 c. odbc 的支持。 d. activex 控件支持。 工作台提供了访问 visual basic editor（vbe），一个内置编辑器和调试器，允许观看、停止、暂停和 恢复当前程序的运行。在vbe 中，可以对所有的对象生成t形式，获得有效的数据源，使用对象浏览器显示 并调试脚本。也可以使用vba 为工具条按钮写程序等。 2、opc（ole for process control） opc 是一个软件标准，它可以使自动化应用程序方便地读取工业企业的工厂级数据。opc 的目标是基 于microsoft 的组件对象建模（com）技术定义一个标准接口，允许自动化和控制应用程序、控制设备、以 及商业和办公应用软件之间相互操作。使用opc，ifix 工作台能与任何本地opc 服务器直接通讯。 3、activex activex 是由微软发明的一种编程技术， 允许用不同编程语言生成的软件组件在一个网络环境中互相作 用。它是从ole 的开发标准演化过来的，在最近几年中，对象的连接与嵌入的概念已经发展得很广泛。 intellution dynamics 就是一个activex 控件的容器。 2.3 2.3 vb 数据库数据库 2.3.1 vb 简介 东南大学成贤学院毕业设计报告 6 visual basic,简称vb，是microsoft公司推出的一种windows应用程序开发工具。是当今世界上使用最广 泛的编程语言之一，它也被公认为是编程效率最高的一种编程方法。无论是开发功能强大、性能可靠的商务 软件，还是编写能处理实际问题的实用小程序，vb都是最快速、最简便的方法。 何谓 visual basic？“visual”指的是采用可视化的开发图形用户界面（gui）的方法，一般不需要编写 大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把需要的控件拖放到屏幕上的相应位置即可；“basic”指 的是basic语言，因为vb是在原有的basic语言的基础上发展起来的，至今包含了数百条语句、函数及关 键词，其中很多和 windows gui 有直接关系。专业人员可以用 visual basic 实现其它任何 windows 编程 语言的功能，而初学者只要掌握几个关键词就可以建立实用的应用程序。 vb提供了学习版、专业版和企业版，用以满足不同的开发需要。学习版使编程人员很容易地开发 windows和windows nt的应用程序；专业版为专业编程人员提供了功能完备的开发工具；企业版允许专业 人员以小组的形式来创建强健的分布式应用程序。 2 2.3.2 基于 vb 脚本的数据库访问 一、数据库、数据库系统和数据库管理系统 数据库是数据的集合，是存放数据的“仓库”。数据库中的数据是以一定的组织方式存储的相关数据。 数据库文件与应用程序文件分开，数据库是独立得到，并可以为多个应用程序所使用，以达到共享数据的目 的。数据库系统是组织数据、存储数据的管理系统，是帮助用户使用数据库的工具。它是由计算机系统中引 进数据库后的 系统构成。主要包括用户、数据库和管理系统三个方面。数据库管理系统则是管理维护数据 库的一组软件。它的主要功能是维护数据库、接受和完成用户程序或命令提出的访问数据的各种请求。用户 使用数据库的数据是目的，数据库管理系统是帮助达到这一目的的工具和手段。在本文的用户管理系统中， 其实也建立了一个小型的mis。 二、数据库的建立 数据库应用技术在vb 应用方向中占80%以上，其中关系数据库具有坚实的理论基础，因此获得最广泛 的应用。目前流行的桌面数据库ms access，大型网络数据库ms sql server、oracle 和sybase 等都属于关 系型数据库。access 数据库是微软公司发布的office 软件包中的关系型数据库软件，具有功能灵活界面友 善 易于学习和操作等优点，拥有广泛用户群体。access 是开发单机小型数据库应用系统的理想工具。本文 就是采用它。 3 三、数据库访问技术介绍 微软提供了 3 种访问数据库的开发模块:数据访问对象模块dao（dataaccess object model）、远程数 据对象模块rdo（remote data object model）和控件数据对象模块ado（activex data object model）。微 软开发的dao 模块， 最早是被用来连接和访问微软的桌面数据库， 后来微软扩充了dao 并把它用在odbc 上，odbc 则允许它连接到其它数据库，诸如oracle 和sql server 等。在这之后，微软开发了rdo 模块。 rdo 与dao 有类似之处，但增加了一些如异步过程和事件的特性。后来微软又开发了ado 模块，它是建 立在ole db 技术之上， 同时又是微软通用数据访问策略的一部分。 目前vb 访问访问数据库的主流技术是 ado。ado 控件结合了dao 和rdo 最好的特性，能访问比dao 或rdo 更多类型的数据。ado 和ole db 是目前应用非常广泛的数据库访问技术，它们实际上是同一种技术的两种表现形式。 ole db 提供的是 通过com 接口的低层次连接，而ado 提供的是一个对象模型，它建立在ole db 基础之上，相当于ole db 的一个用户。 应用程序使用ado 也就间接地调用了ole db 接口。无论采取哪种方式访问数据库，都要尽力以下基 本步骤 东南大学成贤学院毕业设计报告 7 （1） 与数据库建立连接，打开数据库。 （2） 从数据库中读取数据并在适当的控件中显示。 （3） 对所获取的数据进行浏览以及增、删、改等操作，并将修改后的数据存入数据库。 7 东南大学成贤学院毕业设计报告 8 第三章第三章 上位机系统的设计与实现上位机系统的设计与实现 3.1 3.1 总体设计总体设计 上位机总体设计牵涉到硬件设计、软件设计以及软件与硬件的链接问题。 3.1.1 硬件设计 由于本文主要介绍的是模拟远程阀位控制系统的软件设计部分，并不加入plc的节点。因此对于整个系 统的硬件设计，本文只作简单介绍。 远程管理计算机 集成应用服务器 油库检测系统主机 油库数据库服务器 油库 现场仪表控制器 图 3-1 硬件设计框架图 系统的硬件系统可以分为生产管理系统、 上位机系统和下位机系统。 其中生产管理系统为远程计算机管 理，它通过集成应用服器，从上位机中获取油库生产区中的数据，并通过上位机对生产区进行管理。上位机 系统是系统的数据收集中心、远程监视中心和数据转发中心。它从下位机中获取生产信息，加以收集，传送 至数据库服务器进行信息的综合处理。 它时刻监视着生产区的工作状态， 是现代化工业生产的中枢环节。 plc 下位机系统，通过其仪表和控制器从生产区中获取第一手的生产数据信息，是上位机获取信息的来源。 因此一个完整的现代化的工业生产过程都是由工业仪表从工业生产中采集数据并传送至plc， 然后由上 位机系统收集处理从plc 中传送来的信息，并由其现场仪表与控制器他的监控主机或远程管理计算机通过 它，对生产进行监控和管理，使得生产能够高效安全稳定的进行。 3.1.2 软件设计 一个油库系统在从码头进油开始到成品油出站结束， 需要对原油的加工过程进行巡检与监控。 对原油的 数据采集和流程画面监控是整个油库系统中极为重要的一环。设计数据采集系统，需启用ifix 内强有力的 编程工具vba，而数据采集的设计则包括基于ifix 实时数据库的dde、odbc 和opc 客户端接口的开发。 由于本系统不是真正的用于某个实际项目，它的数据也并不是来源于某个传感器，而是来自sim信号发生寄 存器（仿真sim点），也就是说系统并没有使用实际的plc的点作为接入点，因此没有考虑opc 的开发。 对于流程画面监控设计，我们需要对组态画面进行动画连接，将工艺流程以图形、图像、动画等方式显 示给用户，这样才不失为一个人机友好的互动界面。当然，当系统的某个指标超过了限定值的时候，监控系 统还需要有报警指示，这是一个重要而又必需的一环。在油库的进出油运行过程中，油库历史数据需要及时 被调阅查询，这样就需要对系统的历史曲线查询设计。 总体的开发流程如下图： 东南大学成贤学院毕业设计报告 9 分析实际工业生产需求 确立仿真sim点 设计画面 设计历史数据查询 设计报警查询 设计用户权限查询 图 3-2 软件总体开发流程（以上步骤可以交叉进行） 在设计油库系统时， 我们还需要注意对用户登陆和用户权限进行适当分配， 不同的用户对系统所拥有的 权限应权责分明，这样才能保证系统安全、稳定、高效地运行。下面我将详细介绍本系统的实现过程。 3.2 3.2 建立建立 scada 系统系统 3.2.1 scada 系统概述 一、基本概念 scada(supervisory control and data acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。scada 系统的 应用领域很广，它可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制 等诸多领域。scada 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对现场的运行设备 进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。由于各个应 用领域对scada 的要求不同，所以不同应用领域的scada 系统发展也不完全相同ifix 为设备管理员、 监督员和操作员在形成报表、显示、数据存档、报警、信息及统计图表等方面提供过程信息。这一信息来源 于opc 服务器或过程硬件，主要包括生产所必须的控制器、传感器、马达、开关和其它设备。ifix 从这些 设备读取过程信息，并将其保存在一个或多个scada 服务器上的过程数据库中。 在 ifix 中，用于创建和管理过程数据库的主要工具是数据库管理器。 数据采集就是从现场下位机获取数据并将它们加工可利用的形式。ifix 也可以向现场下位机写数据， 这样就建立了控制软件所需要的双向连接。ifix 通过opc 方式来获得和利用现场数据。ifix 不需要用特 别的硬件来获得数据，而是通过一个i/o 驱动器的软件接口同已经存在的i/o 设备直接通讯。在大多数情况 下， ifix 可以使用现场已经装配的i/o 硬件来工作， 即使在现场的同一网络上使用不同厂家的i/o 设备， i/o 驱动器都可以兼容它们，这在现场应用中显得尤为重要。 1 数据管理包括通过扫描、报警和控制程序(sac, scan alarm control)从驱动程序映像列表（dit, diver image table）中读取数据，对数据进行处理，再将数据传送到过程数据库(pdb, process data base)以及通过建 立sqd和sqt 触发器把采集的数据存储到数据库（如：oracle）相应的表中，来进行对数据的统计、分 东南大学成贤学院毕业设计报告 10 析。hmi 是ifix 软件的另一个重要组件，它具有强大的图形编辑功能。ifix 采用intellution workspace 作 为hmi。 intellution workspace 是icare 的一个重要组件， 它以直观的界面把所有的系统组件都集成在一个单 独的开发环境（ide）中，具有microsoft explorer 界面风格。无论是开发程序、安全组态、数据库访问，都 可以在intellution workspace 中完成，甚至直接嵌入ole 应用程序。intellution workspace 特有的动画向导、 智能图符生成向导等强大的图形工具方便了系统开发，标签组编辑器大量节省系统开发时间。利用 scada 和hmi 组件，可方便实现过程监控、报警、数据采集、报表等功能。 图3-3 ifix 基本结构 二、在 ifix 中建立scada 系统 每个scada 服务器通常都使用两种类型的块：初级块和二级块。这两种类型的块的主要区别在于，初 级块有扫描时间并且可位于链首；二级块没有扫描时间并且从不位于链首。除此以外，还有其它块，比如： 控制块、统计过程控制块等等。由于本文仅需要使用5个二级块，因此简略介绍。 3.2.2 建立 scada 系统的步骤 一、参数归纳 本次设计涉及5个油罐以及5个智能电动阀门的许多参数，首先将它们归纳如下： 每个油罐都设计三个基本参数，包括液位高度（level）,油罐底部压力（pressure），油罐内部温度 (temperature)。这些参数在实际应用现场都是直接通过传感器直接获取数值传输到数据库中。因此，为了模 拟实际的应用情况，我们把这几个参数定义为ai模块（模拟量输入模块）。同时为了画面连接需要，我们需 要再为每一个油罐建立一个序数参数（serial）。一共有5个油罐，也就是我先要定义20个初级模块。 同样地，每一个智能电动阀门设计4个基本参数，包括开到位信号（open），关到位信号（close），阀 位反馈信号（feedback），阀位控制信号（control）。由于阀位反馈信号和阀位控制信号参数的性质与油罐 的参数类似，因此我们也把它们定义为ai模块。但开到位和关到位信号是开关信号，是数字量，因此我们把 它们定义为di模块（数字量输入模块），同时为了体现开到位与关到位的中间情况我们引入一个二级块ca 计算模块，以表现中间情况。 东南大学成贤学院毕业设计报告 11 下面我举个例子： 例如，假设一号阀门的开到位信号为0（open），而关到位信号也为0（open），则表示阀门开到位，同 时没有关到位，因此阀门状态应答为完全打开，再假设一号阀门开到位信号为1（close），而关到位信号为1 （close），则表示阀门没有开到位，但完全关到位，因此阀门状态应当是全关。根据上述情况我们可以建立 一个真值表来体现这样一种逻辑关系。 表表3.1 3.1 阀门状态真值表阀门状态真值表 开到位信号 a 关到位信号 b 阀门状态 0 0 全开 0 1 中间情况 1 0 与物理学原理相悖，不存在 1 1 全关 由于在ifix的数据库中，数据块的运算是算数运算，因此，我们定义公式 c=（a+b）*b，当c值为0 时阀门全开，为1时中间状态，为2时阀门全关。我们把c这么一个值看作阀门状态信号定义为ca模块，具体 的命名我将在下文中介绍。一共有5个阀门，也就是我们需要定义20个初级块，和5个二级块。 二、实现步骤 然而，由于本系统只是一个仿真系统，也就是说数据点的值并不是直接来自现场，而是由系统模拟仿真 产生的。即：这些点的值来自于仿真sim点。对于这些数据点的设置，如下图所示。 图3-4 数据库管理器图标 首先，打开ifix后在工具栏选择数据库管理器。如图3-4所示。 图3-5 数据库管理器 然后，打开本地节点并设置。如图3-5所示。 东南大学成贤学院毕业设计报告 12 图3-6 数据块类型 接着根据需求选择块类型，如，ai,di,ca等等。如图3-6所示。 图3-7 数据块设置 再对该数据块进行设置由于是仿真，因此，把i/o 地址分得不同，将有利于图像观看。同时为了模拟油 罐的液位的上升，我们把油罐液位仿真sim点的i/o地址定义为ra，产生一个上升的锯齿波。 除此以外，这样地设置还有一个非常重要的功能：报警。随着现场的运转，过程条件是不断变化的。操 作员需要监控这些条件来确保现场安全运转，并且避免浪费原料或损坏设备。通过允许ifix 报警系统，您 能够安全高效地管理现场。一旦您允许报警，ifix 将发送报警来报告需要做出应答的潜在有害过程条件。 这通常会在过程值超出其预定义的界限时发生。例如，储罐的液位过高，就是一个操作员必须作出回应的报 警条件。我将在下文介绍如何设置报警信号。 最后建立完成一个完整地数据库应当如下图。 东南大学成贤学院毕业设计报告 13 图 3-8 仿真点数据库 现在介绍如何在 ifix 实现报警信号，具体方法如图 3-9 所示： 图 3-9 数据块报警设置 东南大学成贤学院毕业设计报告 14 在这里可以定义，当液位超过一定值得时候触发报警信号。 3.3 3.3 画面设计画面设计 3.3.1 启动画面 为了使整个系统完善，我们为系统建立了启动画面，通过启动画面，我们可以对系统系统内数据库的数 据进行初始化，刷新数据库，以便后续画面更好地运行。同时也可以通过这样一个页面对访问者做出分类， 实现用户的权限分配，具体做法如下： 图3-10 用户首选项 在系统操作栏中选择工作台中的用户首选项。如图3-10所示。 图3-11 用户首选项设置页面 在用户首选项中的启动画面栏中选择需要启动的画面， 同时， 可以通过vb脚本编辑器， 对画面进行编程， 使得系统在启动开始画面的时候可以对数据库中的数据块的值进行初始化。 初试化过程如下，在如下图所示的界面中选择cfixpicture,initialize,同时通过语句，例如 fix32.fix.t01_l.f_cv=10，这种语句为数据块赋初值。 东南大学成贤学院毕业设计报告 15 图3-12 主页面初始化 3.3.2 画面的切换 本系统考虑的用户的需要，与表达上的直观，我们设计了多个分页面，用来体现不同的信息状态，如， 报警，油罐工作画面系统流程图等等。而为了实现多个画面的切换，我们需要通过一个主页面，在主页面上 通过导航中按钮控件的操作，实现各个画面之间的切换。但是考虑到对于油罐液位，阀门开关，报警信息， 这些内容的高度需求，我们在主页面就为用户提供了工艺流程图，以便用户及时了解工业现场的作业情况， 防止意外的发生。下面便是我们这次设计的主页面。 图 3-13 主页面 为了方便高级工程师， 也是拥有更高权限的用户更加细致的了解工业流程情况， 我们在主页面里插入几 个按钮控件，每一个按钮对应着打开相应的一个画面，用来显示不同工作线程的实时数据，以便系统能够更 好地为用户和企业服务。 但是考虑到在同一节点下打开画面的数量可能会影响系统的可用内存和存取数据的 速度。所以，我们考虑设置了一个全局变量 picture，这个全局变量用来存放此时打开的画面。在每次打开 新画面之前，程序都会做了一个处理：closepicture “picture.grf” , 然后，再将新打开的画面名存入全局 东南大学成贤学院毕业设计报告 16 变量picture。这样，我们便可以轻松的对很多个画面进行统一管理。 在用户登录成功后，该系统可以立刻打开主页面，然后根据用户登录和用户权限，同过点击导航页面上 的按钮控件，可以进入对应的详细数据画面。例如，用户点击查看一号罐的详细信息，系统立刻打开这个按 钮对应的油罐信息画面。下面为读者展示各个分页面的情况： 图3-14 油罐详细信息 图3-15 阀门控制图 3.3.3 画面中使用标签组 标签组简介 标签组提供了一种省时的解决方案，用户可以创建一幅画面来监视多个控制 过程 例如，用一幅画面来表示工厂中相似的生产线 标签组是由符号、替换和可选的描述项组成 东南大学成贤学院毕业设计报告 17 - 符号用于画面中数据源或文字的表述项 - 替换是用于替换画面中符号的字符串 8 在整个系统中我们有多个油罐和阀门， 如果为它们每一个单独设置一个详细信息查询界面， 这样必然会 使整个系统的开发周期延长，同时也会消耗更多的系统内存资源。为了节约资源，缩短系统开发周期，我们 使用了标签组这么一个 ifix 自带控件，用来实现一个画面实现多个油罐或者阀门的相关详细信息。下面我 为读者详细介绍下，标签组实现上述功能的过程。 第一步，打开位于系统控制栏的标签组控件，如图 3-16 所示。 图 3-16 标签组编辑器图标 第二步，为各个相关数据块的当前值设置替换名，即设置标签组，并保存为 tag1.tgd。由于我们有 5 个油罐因此需要制作 5 个标签组， 。同理，对阀门也是如此。我们建议在设置标签组的同时作好备注，以便 与具体画面相关联时方便查询。如图 3-17 所示。 图 3-17 标签组设置 第三步，找到主页面上的相应按钮控件，右键点击，打开画面，选择命令，点击，双击选择打开画面专 家，替换相应的标签名。具体做法如下图所示。 东南大学成贤学院毕业设计报告 18 图 3-18 按键动画 图 3-19 基本动画对话框 东南大学成贤学院毕业设计报告 19 图 3-20 打开画面专家 图 3-21 设置标签组 第四步， 选取图 3-14 界面， 在画面中选取油罐液位， 做出相应的设置， 将以前的 fix32.fix.t01_l.f_cv 替换为level。以便在系统使用标签组时可以识别。 东南大学成贤学院毕业设计报告 20 图 3-22 设置标签组替换名 这样设置完成后，系统就可以在同一幅图中表现多个油罐的数据。 例如：当点击1# 罐的具体参数时，vb 脚本如下： me.loadtaggroupfile “tag1“打开标签组文件tag1.tgd打开标签组文件tag1.tgd 后，系统将会把符号level替换为标签fix32.fix.t01_l.f_cv。 当然在具体的标签组的设置过程中还需要注意许多问题。 例如， a 定义符号 当在画面中输入符号时, 在符号名开始和结尾处输入() - 这样可让 ifix 区分标签组符号和普通文本 当在“标签组编辑器”的“符号列”定义符号时，只输入符号名 例如： - 想在画面中输入一个数据连接用于显示温度输出块的值 - 可使用该画面三次显示三个相似的过程 - 若在画面中使用“temperature”符号，在数据连接的数据源中输入： temperature - 当 ifix 读该格式文本时, 则说明该文本是标签组符号 - 当画面打开该符号时将用定义的内容替换 b 部分替换 可替换一个标签或文本串中特定的部分 东南大学成贤学院毕业设计报告 21 称为部分替换 标签组编辑器可执行部分替换； 但是, 有如下规定： - 确定符号的开始和结尾处都有符号 - 如果在标签名中使用了符号，则跟踪()符 若要执行标签的部分替换， 请遵循图3-23中的语法 8 图 3-23 符号命名原则 3.4 3.4 设计历史数据趋势设计历史数据趋势 历史趋势记录提供了生产过程数据的采集、 存储和显示的功能。 数据被scada 服务器 （或者scada 节 点） 采集到历史数据库中， 通过对相应图表进行设置， 用户就可以利用面向对象的图表在ifix工作台中查询、 显示历史数据。 历史趋势包括： 历史数据分配 - 定义你的采集策略。在这里用户定义： 所需采集数据的标签名（或者数据源），并定义采集组。 每个采集组的参数(节点、采集速度、相位、控制标签、状态和标签）。 每个历史数据文件存储多长时间，以小时为单位。 历史数据采集 - 采集历史分配中定义的每个采集组。 图表显示 - 在工作台使用图表对象显示 ifix 的历史和实时数据 8 下面我将为读者简单介绍如何在 ifix 工作台中创建历史曲线。 东南大学成贤学院毕业设计报告 22 第一步，如图 3-24 和图 3-25 所示，打开历史趋势定义，并在其中添加需要记录的历史曲线标签点。 图 3-24 历史趋势定义图标 图 3-25 添加历史曲线标签点 第二步，如下图所示，打开任务控制，启动 htc(history trend curve),使得系统开始采集系统运行时上 述设置的标签点的历史信息。 图 3-26 任务控制图标 图 3-27 启动 htc 第三步，如图 3-28 所示，在画面中插入图表，画出历史曲线的页面。 东南大学成贤学院毕业设计报告 23 图 3-28 插入图表 第四步，对该图表进行设置，在添加标签点时，要注意选择历史库，而非 fix 数据库，这时的历史库 里可以看到，刚才我们启动的那两个标签点。点击添加即可。如图 3-29 所示。 图 3-29 设置图表 3.3.5 5 设计实时数据趋势设计实时数