（矿物加工工程专业论文）mcgs组态软件在密地选矿厂磨矿分级自动化中的应用.pdf

昆明理工大学硕士论文摘要 摘要 在选矿生产各种作业中，磨矿分级作业居于首要地位，是选矿厂最重要的生 产环节。磨矿分级作业的成本在选矿厂总成本中占相当大的比例，磨矿分级作业 的效率和产品的质量又直接影响整个选厂的产量和各项经济技术指标。因此，磨 矿分级作业的自动控制历来为国内外选矿界所重视。 论文介绍了m c g s ( m o n i t o r a n d c o n t r o l g e n e r a t e d s y s t e m ，通用监控系统、的工 作原理，以及该系统在攀钢矿业集团密地选矿厂磨矿车间的组态应用。m c g s 是 一套3 2 位工控组态软件，可稳定运行于w i n d o w s 9 5 9 8 m e n t 2 0 0 0 x p 等多种操作 系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输等诸 多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、 电力、矿山、冶金等多种工程领域。 对选矿厂磨矿车间的监控系统组态后，主要包括主界面、单机设备控制界面、 实时历史曲线及参数设置界面。在磨矿分级过程中，影响球磨机处理量及分级机 溢流浓度和粒度的因素主要有给矿量、矿石粒度及矿石硬度、磨机排矿量、分级 机返砂量、返砂水量、磨机转速、介质充填率、衬板状况及球荷球比等，上述因 素的多变性和随机性，增加了磨矿分级过程控制的难度。根据攀钢矿业集团密地 选矿厂矿石的具体情况，将整个控制过程分解为三个控制模块，选取磨机音量、 返砂水量、排矿水量作为控制变量；选取磨机装载量、磨矿浓度，分级机溢流浓 度作为被控制变量，并引入滞后函数调节整个过程，协调系统稳定地运行。 关键嗣：磨矿分级监控系统组态控制 垦塑堡三查兰堡圭堡塞 一塑茎 一 a b s t r a c t g r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o ni si nt h ef i r s tp l a c e i nm i n e r a lp r o c e s s i n g p r o d u c t i o n t h e c o s to fg r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o ni st h el a r g e s tp a r t ， e f f i c i e n c yo fg r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o na n dq u a li t yo fp r o d u c t a f f e c t t h e q u a n t i t y o fp r o d u c ta n dv a r i o u s e c o n o m i ct e c h n i c a lf a c t o ri n c o n c e n t r a t i o np l a n t t h e r e f o r e ，p e o p l et h i n ka u t o m a t i cc o n t r o li ng r i n d i n g a n dc l a s s i f i c a t i o ninm i n e r a lp r o c e s s i n g t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fm c g s ，a tt h es a m et i m e ； i ti l l u s t r a t e sa p p l i c a t i o no fa u t o m a t i cc o n t r o li nc l o s e d c i r c u i tg r i n d i n g i np a n z h i h u am i d ic o n c e n t r a t i o np l a n t m c g si sas e to f3 2b i tm c g s ，a n d i tc a nw o r ks t a b l e l yi nw i n d o w s 9 5 冯s m e n t 2 0 0 0 x pa n d s oo n ：a n di t i n v o l v e sm a n yf u n c ti o n ，s u c ha st h em a n i f e s t a ti o no ft h ea n i m a ti o n ，t h e c o n t r o lo ff l o ws h e e t ，t h ed a t ac o l l e c t i n g ，t h ec o n t r o la n do u t p u to f e q u i p m e n t ，t h en e t w o r kd a t ad e l i v e r i n g ，a n di tc a n w o r kt o g e t h e rw i t hm a n y d a t ad e l i v e r i n ga n do u t p u te q u i p m e n t s ，m c g si sa p p l i e d t o p e t r o l e u m ， e l e c t r i cp l a n t ，m i n e r a lp l a n t s ，m e t a ll u r g y 。 t h em o n i t o ra n dc o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e mm a i n l yi n v o l v e st h ew h o l e i n t e r f a c e ，t h e s i n g l ee q u i p m e n tc o n t r o li n t e r f a c e ，h i s t o r y c u r v ea n d e s t a b l i s h i n g t h e p a r a m e t e r i n t e r f a c ei nc o n c e n t r a t i o np l a n t i nt h e p r o c e s so fg r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n ，t h em a i nf a c t o rw h i c ha f f e c t st h e g r i n d i n ge f f i c i e n c y ，t h e o v e r f l o w d e n s i t y o fc l a s s i f i c a t i o nm a c h i n e i n c l u d e st h en u m b e ro fo r i g i n a lm i n e r a l ，t h ed e g r e eo fo r i g i n a lm i n e r a l ， h a r d n e s sd e g r e eo fo r i g i n a lm i n e r a l ，t h en u m b e ro fr o w i n gm i n e r a l ，t h e n u m b e ro fr e t u r n i n gm i n o r a l ，t h ev e l o c i t yo fg r i n d i n gm a c h i n ea n ds oo n t h e c h a n g e a b i e f a c t o r b r i n g s m u c h d i f f i c u l t y t ot h e g r i n d i n g a n d c l a s s i f i c a t i o nc o n t r 0 1 a c c o r d i n gt ot h em i n e r a lk i n do fp a n z h i h u am i d i c o n c e n t r a t i o np l a n t w ed i s t r i b u t et h ew h o l ec o n t r o lf l o ws h e e ti n t ot h r e e p a r t s ：t h ef i r s to n e i st h ev o l u m e o fg r i n d i n gm a c h i n e ：t h en u m b e ro f 昆明理工大学硕士论文摘要 r e t u r n i n gm i n e r a la n dt h en u m b e ro fr o w i n gm i n e r a l k e y w o r d ：g r i n d i n ga n dc l a s s i f i c a t i o n ；m o n i t o ra n dc o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e m ； c o n f i g u r a t i o n c o n t r o l i i i y 6 6 9 0 0 6 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：聋喙豺 日期：夕刀，彳年弓月勿目 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在馁密后应遵守) 导师签名：杰堂暮论文作者签名：聋! ! 荛砑 日期：丝年 圭月墨 曰 昆明理工大学颈士学位论文 第一章综述 第一章综述 “组态”的概念是伴随着集散控制系统( d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ， d c s ) 的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。是d c s 的商品化应用促进了组态软件概念的普及。随着微处理器及个人计算机 技术的飞速发展，自动化监控设备之间的互联通信变得简便易行。所有 这切都促进了监控组态软件的普及与推广，同时监控组态软件也促使 自动化技术走出工业应用的狭小范围，积极向楼宇自动化、家庭自动化、 农业自动化、环境( 监测、保护) 自动化等领域渗透，加快整个社会的 信息化步伐，提高自动化工程的工作效率，减少系统的维护和升级费用。 在控制系统使用的各种仪表中，早期的控制仪表是气动p i d 调节器， 后来发展为气动单元组合仪表，2 0 世纪5 0 年代后出现电动单元组合仪表 和直接数字控制系统( d i r e c td i g i t a lc o n t r o l ，d d c ) 。7 0 年代中期随着微 处理器的出现，诞生了第一代d c s 。到目前，d c s 和其他控制设备在全 球范围内得到了广泛应用。计算机控制系统的每次大发展的背后都有着3 个共同的推动力：( 1 ) 微处理器技术质的飞跃，促成硬件费用的大幅度 下降和控制设备体积的缩小；( 2 ) 计算机网络技术的大发展；( 3 ) 计算 机软件技术的飞跃。 由于每一套d c s 都是比较通用的控制系统，可以应用到很多的领域 中，为了使用户在不需要编代码的情况下，便可以生成适合自己需求的 应用软件，每个d c s 厂商在d c s 中都预装了系统软件和应用软件，而其 中的应用软件，实际上就是组态软件，但一直没有人给出明确定义，只 是将使用这种应用软件设计生成目标应用系统的过程称为“组态 ( c o n f i g u r e ) ”或“做组态”。 直到现在，每个d c s 厂家的组态软件仍然是专用的( 郎与硬件相关) ， 不可相互替代。从8 0 年代末开始，由于个人计算机的普及，国内开始有 人研究如何利用p c 进行工业监控，同时开始出现基于p c 总线的a d 、 d a 、计数器、d i o 等各类z o 板卡。应该说国内组态软件的研究起步列 昆明理工大学硕士学位论文 第一章综述 否晚的。当时有人在m s d o s 的基础上用汇编语言或c 语言编制带后台 处理能力的监控组态软件，有实力的研究机构则在实时多任务操作系统 i r m x 8 6 或v r t x 上做文章，均未形成有竞争力的产品。随着m s d o s 和 i r m x 8 6 用户数量的萎缩和微软公司 的监控组态软件才迎来了发展机遇， w i n d o w s 操作系统的普及，基于p c 以力控软件为代表的国内软件也经 历了这一复杂的过程。世界上第一次把组态软件作为商品进行开发、销 售的专业软件公司是美国的w o n d e r w a r e 公司，它于8 0 年代末率先推出 第一个商品化监控组态软件i n l o u c h 。此后监控组态软件在全球得到了蓬 勃发展，目前世界上的组态软件有几十种之多，总装机量有几十万套。 伴随着信息化社会的到来，监控组态软件在社会信息化进程中将扮演越 来越重要的角色，每年的市场增幅都会有较大增长，未来的发展前景十 分看好。 1 。1 监控组态软件成长的历史背景 监控组态软件是伴随着计算机技术的突飞猛进发展起来的。6 0 年代虽 然计算机开始涉足工业过程控制，但由于计算机技术人员缺乏工厂仪表和 工业过程的知识，导致计算机工业过程系统在各行业的推广速度比较缓 慢。7 0 年代初期，微处理器的出现，促进了计算机控制走向成熟。首先， 微处理器在提高计算能力的基础上大大降低了计算机的硬件成本，缩小 了计算机的体积，很多从事控制仪表和原来一直就从事工业控制计算机的 公司先后推出了新型控制系统。这历史时期较有代表性的就是1 9 7 5 年美 国h o n e y w e l l 公司推出的世界上第一套d c st d c 2 0 0 0 。而随后的2 0 年间， d c s 及其计算机控制技术日趋成熟。得到了广泛的应用，此时的d c s 己具 有较丰富的软件，包括计算机系统软件( 操作系统) 、组态软件、控制软 件、操作站软件以及其他辅助软件( 如通讯软件) 等。 这一阶段虽然d c s 技术、市场发展迅速，但软件仍是专用和封闭的， 除了在功能上不断加强外，软件成本一直居高不下，造成d c s 在中小型项 目上的单位成本过高，使一些中小型应用项目不得不放弃使用d c s 。8 0 年 代中后期，随着个人计算机的普及和开放系统( o p e ns y s t e m ) 概念的推广， 基于个人计算机的监控系统开始进入市场，并发展壮大。组态软件作为个 人计算机监控系统的重要组成部分，比p c 监控的硬件系统具有更为广阔的 皇 昆明理工大学硕士学证论文第一章综述 发展空间。这是因为，第一，很多d c s 和p l c 厂家主动公开遥信协议，加 入“p c 监控”的阵营。目前，几乎所有的p l c 和。半以上的d c s 都使用p c 作为操作站。第二，由于p c 监控大大降低了系统成本，使得市场空间得以 扩大，从无人值守的远程监视( 如防盗报警、江河汛情监视、环境监控、 电信线路监视、交通管制与监控、矿井报警等) 、数据采集与计量( 如居 民水电气表的自动抄表、铁道信号采集与记录等) 、数据分析( 如汽车和 机车自动测试、机组和设备参数测试、医疗化验仪器设备实时数据采集、 虚拟仪器( v i r t u a li n s t r u m e n t ) 、生产线产品质量抽检等) 到过程控制。几 乎无处不用。第三，各类智能仪表、调节器和p c - b a s e d 设备可与组态软件 构筑完整的低成本自动化系统，具有广阔的市场空间。第四，各类嵌入式 系统和现场总线的异军突起，把组态软件推到了自动化系统主力军的位 置，组态软件越来越成为工业自动化系统中的灵魂。 1 1 1 虚拟仪器概述 虚拟仪器由硬件和软件两部分组成，虚拟仪器的硬件是指计算机以 及为其配置的必要的仪器硬件模块( 如各种传感器、信号调理器、数字输 入输出、a d c 和d a c 等) 。计算机管理着虚拟仪器的软、硬件资源，是 虚拟仪器的硬件基础。在传统仪器中，仪器是由制造商制作定型的。功 能是由制造商定义的。但在虚拟仪器中，仪器硬件只是作为一个组成部 分，它将与计算机欺、硬件一起工作，用来采集数据，提供源信号和控 制信号。除了万用表、示波器和计数器等一些基本仪器外，仪器硬件还 包括通用接口总线( o r q b ) 和r s 2 3 2 等。虚拟仪器要比传统仪器更为通用， 在组建和改变仪器的功能和技术性能方面更为灵活、更为经济、更能适 应迅猛发展的现代科学技术对测量技术和测量仪器不断提出的扩展功能 及性能的要求。虚拟仪器与传统仪器相比具有很多优点：融合计算机强 大的硬件资源。突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制， 大大增强了传统仪器的功能：利用了计算机丰富的软件资源，一方面， 实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性； 另一方面，通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进 行各种分析与处理：其次，通过图形用户界面( o u i ) 技术，真难做到界面 友好、人机交互；基于计算机的开放式标准体系结构，虚拟仪器的软、 昆弱理工大学碾士学位论文 第一章综述 硬件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点。 1 2 监控组态软件性能要求 1 2 1 实时多任务 实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定的时问内对 外来事件做出反应的特性。在具体确定这里所说的限定时间时，主要考虑 两个要素：其一，根据工业生产过程出现的事件能够保持多长的时间：其 二，该事件要求计算机在多长的时间以内必须做出反应，否则，将对生产 过程造成影响甚至造成损害。可见，实时性是相对的。 1 2 2 高可靠性 在计算机、数据采集控制设备正常工作的情况下，如果供电系统正 常。当监控组态软件的目标应用系统所占的系统资源不超负荷时，则要求 系统软件稳定可靠地运行。如果对系统的可靠性要求得更高，就要利用冗 余技术构成双机乃至多机备用系统。冗余技术是指用更多的经济投入和技 术投入来获取系统可能具有的更高的可靠性指标。 1 2 3 标准化 尽管目前尚没有一个明确的国际、国内标准用来规范组态软件但 国际电工委员会i e c l l3 1 3 开放性国际编程标准在组态软件中起着越来越 重要的作用。i e c l l 3 1 3 提供用于规范d c s 中的控制用语言，它规定了4 种 语言标准( 梯形图、结构化高级语言、方框图、指令助记符) 。 1 3 监控组态软件的数据流 组态软件通过i o 驱动程序从现场i o 设备获得实时数据，对数据进 行必要的加工后，一方面以图形方式直观地显示在计算机屏幕上；另一方 面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给i o 设备，对执行机构 实施控制或调整控制参数。对已经组态历史趋势的变量存储历史数据，对 历史数据检索请求给与响应。当发生报警时及时将报警以声音、图像的方 昆明理工大学硕士学位论文第一章综述 式通知给操作人员，并记录报警的历史信息，已备检索。图1 1 直观的表 示出了组态软件的数据处理流程， 图1 1组态软件的数据处理流程 昆明理工大学磺士学位论文 第一章综述 1 4 课题研究的理论意义和实用价值 在现代科学技术的许多领域，自动监控系统起着日益重要的作用。就 选矿方面而言，国际上，选矿过程自动化的研究始于五十年代，从检测 到监控：从单参数控制到机组、全作业、全厂控制；从模拟仪表控制到 计算机控制：从稳定化控制到最优化控制，选矿自动化已由低级到高级 而日趋完善，特别是计算机用于过程控制，用现代理论指导生产实践， 使近矿自动化水平达到新的高度。我国的选矿自动化工业，五十年代， 主要是对金属自动探测、矿石自动计量的使用和研究，七十年代，开始 对选矿过程参数控制进行研究。选矿过程的自动化，能在现有设备基础 上，增加处理量，提高生产技术指标，提高设备效率，节约原材料，改 善劳动条件稳定生产过程，给选矿厂带来明显的经济效益。因此，选 矿自动化是我国选矿工业现代化的关键技术之一。 本课题为了解决攀钢集团矿业公司选矿厂磨矿分级的自动控制问 题。攀钢集团矿业公司选矿厂采用一段闭路磨矿，两段弱磁选矿工艺， 共有1 6 台中3 6 0 0 m m x4 0 0 0 m m 型格子球磨机与1 6 台3 0 0 0 m m 高堰式双螺旋 分级机组成闭路系统，该厂自投产以来，磨矿分级系统一直存在效率不 高，生产波动因素大等问题。 为此，本课题采用磨机电耳检测并判断球磨机负荷( 主控机根据当 前的磨机电耳信号、磨机功率来判断磨机当前工作状态) ；通过控制给矿 量和给矿水控制磨机浓度；同时通过调整排矿水量的大小来控制溢流浓 度。其目的是为了提高磨机效率，稳定分级溢流粒度，为下道磁选工序 准备合格的溢流产品，具有很重要的理论意义和实用价值。 昆明理工夫学硕士学位论文第一章综述 1 5课题研究的内容 磨矿分级过程是一个复杂的循环系统，影响因素极多，如给矿量、 给水量、原矿性质及装球量等等的随机变化以各种外界干扰因素，往往 造成磨矿分级作业的失调。攀钢集团矿业公司选矿厂常年由于球磨机台 时处理量不高，导致金属回收率较低。多年来，由于选矿厂工艺流程的 特殊性及现场的客观条件，生产过程均为人工操作，只能做到肉眼观察 瓤凭经验操作，即使工人的技术好、责任心强、经验丰富，但由于人的 敏感性和精力有限，不可能警醒实时的跟踪调整，不得不采取降低处理 量、限制机组效率的方法进行操作。即使如此，操作事故仍不可避免， 作业过程常出现大起大落。球磨机常常出现“胀肚”或“吃不饱”，甚至 “空砸”现象，分级机出现跑粗或返砂过量。这样，既严重影响了球磨 分级机组效率的发挥，影响了下游的磁选作业，使产品的质量波动较大。 同时，也增加了钢耗、能耗，使生产成本居高不下。 为了进一步发挥密地选矿厂磨矿分级机组的效率，在提高球磨机台 时处理量的同时，稳定产品质量以及提高金属回收率方面，仍大有潜，j 可挖。为此本论文采用先进而实用的计算机自动测控技术( 监控组态 软件) ，尽力克服各种干扰因素，弥辛f 人工操作的不足，减轻工人的劳动 强度，使磨矿分级作业达到稳定化生产状态，进步为磁选作业的稳定 化操作提供有利的条件。依靠计算机自动监控技术( 监控组态软件) 来 挖掘生产潜力，是进一步提高生产效率，保证产品质量以及降低生产成 本的重要途径。 分级机溢流浓度与细度有对应的关系，在一定范围内，矿浆浓度升 高，会使得溢流粒度变粗；相反，矿浆浓度降低。则会使溢流粒度变细。 因此，可以通过控制溢流浓度来间接控制分级机的溢流细度。本论文主 要是针对球磨机的磨矿能力测控、溢流浓度测控以及磨矿浓度的控制三 个模块的研究。基于以上考虑，整体控制方案可设计为，在保证球磨机 不出现“胀肚”事故及溢流浓度合格的前提下，尽可能的提高球磨机的 台时处理量。 7 昆明理工大学硕士学位论文第二章组态软件的国内外发展动态及其在选矿自动化中的应用现状 第二章组态软件的国内外发展动态及其， 在选矿自动化中的应用现状 监控组态软件正在由单一的人机界面朝数据处理机方向发展。管理 的数据量越来越大。最早的组态软件用来支撑自动化系统的硬件，硬件 系统如果没有组态软件的支撑就很难发挥作用，甚至不能正常工作。现 在的情况有了很大改观，一方面软件部分与硬件发生分离，大部分自动 化系统的硬件和软件不是由同一个厂商供应，这样就为自动化软件的发 展提供了可以充分发挥作用的舞台。 实时数据库的作用将进一步加强，实时数据库存储和检索的是连续 变化的过程数据，在计算机处理能力日益提高的今天，实时数据库的性 能和处理能力有了明显的提高，也目益受到用户的重视。现在越来越多 的用户通过实时数据库来分析生产情况、汇总和统计生产数据，作为指 挥、决策的依据。在很多组态软件中，实时数据库已经作为独立的商品 单独出售，三维力控、i n t e i l u t i o n ，w o n d e r w a r e 都在宣传各自的实时数据 库产品。在数据处理量大、历史数据存储时间较长( 超过半年) 的应用 中，实时数据库具有不可比拟的优势，以存储2 0 0 个过程历史数据的应 用为例，如果使用关系型数据库，假设采样时间是1 秒，半年的历史数 据将占用3 1 5 4 亿个纪录，其数据检索速度显然是实时应用所无法忍受 的。 在最终用户的眼里，组态软件在一个自动化系统中发挥的作用逐渐 增大，有的系统甚至根本就不能缺少组态软件，尤其是远程监控和数据 采集应用。其中的主要原因是软件的功能强大，用户也存在普遍的需求， 广大用户在厂家强大的宣传攻势面前逐渐认清了软件的价值所在。 2 1 国外监控组态软件 美国w o n d e r w a r e 公司的i n t o u c h ，堪称组态软件的“鼻祖”，率 先推出的1 6 位w i n d o w s 环境下的组态软件，在国际上曾得到较高的市场 占有率。i n t o u c h 在中国应用代理制，1 9 9 5 年变换代理后，在中国市场推 昆明理工大学硕士学位论文 第二章组态软件的国内外发展动态及其在选矿自动化中的应用现状 出了低价小软件包，并结合较强的广告宣传攻势，产生了很大的影响， 销售量上升很快。i n t o u e h 软件的图形功能比较丰富，使用较方便，但控 制功能较弱。其i o 硬件驱动丰富，只是使用d d e 连接方式，实时性较 差；另外驱动程序须单独购买。它的5 6 版( 1 6 位) 很稳定，在中国市场也 普遍受到好评。7 0 版( 3 2 位) 在网络和数据管理方面有所加强，并实现了 所谓的实时关系数据库，其实只是在s q ls e r v e r 上增加了数据传输插件 而已。在3 2 位w i n d o w s 环境下，i n t o u e h 已受到其他产品的猛烈冲击。 i n t o u c h 软件小系统软件包价格比较适中，大系统软件包比较责。 ( 1 ) 美国i n t e l l u t i o n 公司的f i x 产品在中国市场也由来已久，1 9 9 3 年i n t e l l u t i o n 公司就曾到中国参加过展览会( 当时专门的组态软件厂商直 接在中国参展还不多见) ，但其在中国的销售渠道比较混乱。1 9 9 5 年 i n t e l l u t i o n 被爱默生集团收购后，现通过日本分公司的大中国区进入中 国，在北京、上海直接成立办事处，新发展了几家代理。f i x 产品系列较 全，包括d o s 版，1 6 位w i n d o w s 版，3 2 位w i n d o w s 版，o s 2 版和其他 些版本，功能较i n t o u c h 强，但实时性仍然欠缺，半导体技术一般。其 i o 硬件驱动丰富，只是驱动程序也需单独购买。最新推出的i f i x ，是全 新模式的组态软件，思想和体系结构都比较新，提供的功能也较为完整。 但也许过于“庞大”和“臃肿”，对系统资源耗费巨大，用户最为明显的 感受就是“缓慢”，提供的许多“大而全”的功能对于中国用户也并不适 用。而且经常受w i n d o w s 操作系统影响导致不稳定。 ( 2 1 澳大利弧c i t 公司的c i t e c h ，是组态软件中的后起之秀，在世界 范围内扩展得很快，近年来c i t 公司在中国基本采用直销方式，建有办 事处，并聘用一定数量的本地人才直接进行市场销售、技术支持乃至项 目开发。c i t e e h 产品包括1 6 位和3 2 位w i n d o w s 版，它的计算机味道根 浓，与其他软件有很多不同的地方，使用的方便性和图形功能不及 i n t o u e h 。界面部分很漂亮，很吸引人。版本升级不快，一直没有很大的 体系改变。其控制算法比较好，t 0 硬件驱动相对比较少，但大部分驱动 程序可随软件包提供给用户。c i t e c h 的价格略低于i n t o u e h 和f i x 。 ( 3 ) 德国西门予公司的w i n c c ，新版软件有了很大进步，但体系结 构还是比较老的思想，在网络结构和数据管理方面要比f i x 差，但也属 于比较先进的产品之一。西门子似乎仅是想把这个产品当作硬件的陪衬， 对第三方硬件的支持也不热衷，若选用西门子硬件，能免费得到w i n c c ， 9 昆明理工大学硕士学位论文第二章组态软件的国内外发展动态及其在选矿自动让中的应用现状 所以对于使用其他硬件的用户，不是个好选择。 ( 4 ) 美国t a ，e n g i n e e r i n g 公司的a i m a x ，也提供了1 6 位和3 2 位 w i n d o w s 下的不同版本。其3 5 版( 1 6 位) 在国内曾形成一批用户。a i m a x 的图形组态方式比较直观，提供的功能较少，给人总的感觉档次不是很 高。 中国市场常见的其他国外专业软件公司的组态软件产品还有原美国 h e u x i s t i c s 公司的o n s o p e c ，原美国i n t e cc o n t r o l 公司的p a r a g o n ， 美国i c o n i c s 公司的g e n e s i s ，以色列p cs o f t 公司的w i z c o n 以及美国 u s d a t a 公司的f a c t o r yl i n k 等。然而这些产品或因其厂商的合并、重组 改制、或不景气，或不愿在中国市场做大的投入或未能寻找到合适的市 场合作伙伴，或因技术性能落后等原因，有些尽管也曾在中国市场流行 了一阵，但终究未成大气候，目前所占有的市场份额都耀对较小。 近年来。一些国外著名硬件或系统厂商亦推出了日趋成熟的组态软 件产品，如美国g e 公司的c i m p l i e i t y ，美国a b 公司( r o c h w e l l 自动化) 的r s v i e w 。这些组态软件，己一改过去仅为其本身硬件配套的o e m 形 式或面孔，通过大力加强结其他硬件产品的驱动支持和软件内部的各种 功能，而发展成为专业化的通用组态软件。如美国g e 公司成立了近百人 的专门软件部门，已将其c i m p l i e i t y 开发成为通用组态软件产品，尤其 加强了服务器及网络冗余和管理层方面的功能，适应了潮流，加之随软 件提供各种驱动程序，在国际市场上也获得了一定的市场份额。但 c i m p l i e i t y 也好，r s v i e w 也罢，都不算有很突出的特点，版本升级太慢。 2 2 国产化的监控组态软件 大约1 9 9 5 年底至1 9 9 6 年，随着中国改革开放的深入，人们对软件 的观念有了重大改观：早些年组态软件的应用推广工作已打下一定的基 础，业内人士已认识到组态软件的重要性并接受它而不再热衷于在项目 中搞低层次的编程开发；一些组态软件的生产商和供货商已逐步加大了 在中国市场的推广力度，并在价格方面做出了政策性调整；加之微软3 2 位w i n d o w s 9 5 和n t 的推出，为组态软件提供了一个更适宜的操作系统 平台，使各生产供应商同随后跟进的3 2 位组态软件产品的性能指标和功 能进一步加强。所有这些因素的综合，给组态软件在中国的市场带来了 昆明理工大学硕士学位论文第二章组态软件的国内外发展动态及其在选矿自动化中的应用现状 新的生机。从那时起，更多的项目中正式有了组态软件的专项预算，各 种相关设计方案和招投标书中也都出现了单列的组态软件栏目，越来越 多的专业销售商和系统集成商加入了这个市场。现在组态软件己在中国 市场确立了其应有的地位，并逐步进入了上升期。 ( 1 ) 北京亚控公司的组态王，是国内较早出现的组态软件产品之一， 至今也有五年左右的历史了。早期的组态王仿造i n t o u e h ，只是个人机接 口，到了5 1 版本，在数据管理和开放性方面有了一些改进。但体系结构 却没有实质性的突破。有可能还没有摆脱早期形成的不合理的程序构架。 其网络功能较为薄弱，支持不了真正意义上的分布式系统。6 系列版本的 结构从广告宣传上看应该很不错。 ( 2 ) m c g s 思想比较独特，属于比较另类的产品，有很多特殊的概念 和使用方式，大多数使用过其他组态软件的人都会感觉有些不习惯的， 早期的产品是用v b 开发的。 ( ”s y n a l l 是独特的产品，但使用起来有点别扭，网络方面有独到 之处，缺点是效率和稳定性还有待提高。 ( 4 ) 哈尔滨华富公司的c o n t r o l x 2 0 0 0 ，是比较新的组态软件，尚未听 说有关业绩的报导，产品体系结构很新，非常象i f i x 的体系结构。界面 漂亮，使用起来也比较方便，有许多自己的特色。但从它d e m o 版运行 效果来看，执行代码的运行效率不是很高，特别是图形处理环节，似乎 有些缺陷。d e m o 运行也不是十分稳定，运行其演示应用程序就能导致 “死机”。用一些分析工具观察其执行的结构，感觉其程序结构设计不十 分合理，代码重用率低，不像是多人协同开发的成果。已经打了很久的 广告，却一直未能看到个商品化的产品。 ( 5 ) 大庆三维公司的f o r e e c o n t r o l ( 力控) ，从时间概念上来说，力控 也是国内较早就已出现的组态软件之一。只是因为早期力控一直没有作 为正式商品广泛推广，所以并不为大多数人所知。大约在9 3 年左右，力 控就已形成了他的第一个版本，只是那时他还是一个基于d o s 和v m s 的版本。后来随着w i n d o w s3 1 的流行，又开发了1 6 位的w i n d o w s 版的 力控。但直至w i n d o w s9 5 版本的力控诞生之前，他主要被用于内部的一 些项目。3 2 位w i n d o w s 下的1 o 版的力控，在体系结构上就已经具备了 较为明显的先进性，其最大的特征之一就是其基于真正意义的分布式实 时数据库的三层结构，而且其实时数据库结构为可组态的“活结构”。在 昆明理工大学硕士学位论文第二章组春软件的国内外发展动态及其在选矿自动化中的应用现状 1 9 9 9 年至2 0 0 0 年，力控得到了长足的发展，公司在产品的培训、用户技 术支持等方面投入了较大的人力物力，相信在较短的时间内，力控软件 产品将在工控软件界形成巨大冲击。 值得注意的是，虽然目前进入市场的组态软件仅有一二十个品牌， 但有能力进入组态软件市场的公司估计在几十个。其中硬件厂商的组态 软件产品目前在中国市场占有的份额也不容忽视，它们不但在对本公司 硬件产品的集成配套方面具有优势，而且正在打入其他硬件产品集成的 市场。一些原d c s 的系统厂商也陆续推出了新型的、更开放的控制系统 以及现场总线产品，并配以“开放的”组态软件。 当前，计算机的发展日新月异，围绕着工控计算机的自动化集成系 统新产品技术的推陈出新，组态软件将会在其中扮演越来越重要的角色。 这几年我国国有大中型企业的改制将不断深化，传统基础工业的改造步 伐会继续加快，不难预测，最近几年中国的组态软件市场仍会以较快的 速度发展。 2 3 监控组态软件的发展趋势 2 。3 1 组态软件作为单独行业的出现是历史的必然 组态软件的发展与成长和网络技术的发展与普及密不可分。曾有一段 时期，各d c s 厂商的底层网络都是专用的，现在则使用国际标准协议， 这在很大程度上促进了组态软件的应用。市场竞争的加剧使行业分工越 来越细，“大而全”的企业将越来越少，每个d c s 厂商必须把主要精力用 于他们本身所擅长的技术领域，巩固已有优势。如果他们还是软硬件一 起做，就很难在竞争中取胜。今后社会分工会更加细化。表面上看来组 态软件的市场才刚刚被挖掘出一点点，今后的成长空间还相当广阔。 2 3 2 能够同时兼容多种操作系统平食是组态软件的发展方向 之一 可以预言，微软公司所垄断操作系统的市场迟早要被打破，未来的 组态软件也要求跨操作系统平台，至少要同时兼容w i n n t 和l i n u x u n i x 。 u n i x 系统是计算机软件最早的程序开发环境，整个u n i x 系统可以粗略的 分为3 层：最下层是一个与具体硬件相联系的多进程操作系统内核，中问 昆明理工大学硕士学位论文 第二章组态软件的国内外发展动态及其在选矿自动化中的应用f 吧状 一层是可编程的s h e l l 命令解释程序，它是用户与系统内核的接口；最外 层是用户的实用工具。 2 3 3 组态软件在嵌入式整体方案中将发挥更大作用 嵌入式应用是组态软件发展的个重要方向，但是我们应该学习以 商务通为代表的掌上电脑的发展模式，也就是说产品应该以用户为中心， 要满足用户的某种需要，没有必要非要让用户知道该产品是否嵌入了软 件。 ， 嵌入式组态软件以一定形式的硬件为载体是十分必要的，使用者是 不会特意去了解其中潜入的是何种操作系统。目前，有很多工控产品在 采用嵌入式模式，例如带图形显示界面的控制器等。嵌入式组态软件的 发展一定要以p c 机的c p u 为对象，如果能够弥补老式嵌入式产品在性能 上的不足，将会有很大的成长空间。 2 4组态软件在选矿自动化中的国内外应用现状 从2 0 世纪8 0 年代末，美国的w o n d e r w a r e 公司率先推出了第一个商品 化监控组态软件i n t o u c h ，此后监控组态软件在全球得到了蓬勃的发展， 目前世界上的组态软件有几十种之多，总装机量由几十万套。伴随着信 息化社会的到来，监控组态软件在社会信息化进程中将扮演越来越重要 的角色，应用领域将得到进一步的扩大。 昆盟理工大学顶士学位论文第三章监控组态系统原理 第三章监控组态系统原理 本章介绍全中文工业自动化控制组态软件( m c g s ，m o n i t o ra n d c o n t r o lg e n e r a t e ds y s t e m ，通用监控系统) 的基本组成部分及其功能，为 用户建立组态奠定基础。m c g s 软件是一套3 2 位工控组态软件，可稳定运 行于w i n d o w s 9 5 9 8 m e n t 2 0 0 0 等多种操作系统，集动画显示、流程控制、 数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双热设备、工程报表、数 据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与设备输 出，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、 航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、 环傈、智能楼宇、实验室等多种工程领域。通过对现场数据的采集处理， 以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解 决实际问题的方案，在自动化的各个领域起着极其重要的作用。 3 1m c g s 监控系统的主要特性和功能： 3 1 1m c g s 通用监控系统主要特性： 4 2 1 3 ) 全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使 用习惯和要求，真正的3 2 位程序，可运行于m i c r o s o f t w i n d o w s 9 5 9 8 m e n t ，2 0 0 0 x p 等多种操作系统。在组态的过程 中，用户可以从元件库内调用系统的缺省构架，也可以根据需 要用户的组态配置，生成适合用户需要的各种类型和风格的图 形界面，它既可以是d o s 风格的图形界面、也可以是标准 w i n d o w s 风格的图形界面等。 庞大的标准图库，完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使 您能够快速的开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、! # 动的工程画面。 全新的a c t i v e x 动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划 昆明理工大学硕士学位论文 第三章监控组态系统原理 曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处 理现场生产数据。 4 )支持目前大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动； 此外，独特的组态环境调试功能于灵活的设备操作命令相结合， 使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。 5 )简单易学得b a s i c 脚本程序语言与丰富的m c g s 策略构件，使您 能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。 6 )m c g s 是一套3 2 位工控组态软件，充分利用了w i n d o w s 操作平台 的多任务、按优先级分时操作的功能，以线程为单位对在工程 作业中实时性强的关键任务和实时性不强的非关键任务进行分 时并行处理，使p c 机广泛应用于工程测控领域成为可能。它具 有实时性强、良好的并行处理性能。 7 1m c g s 以图像、图符、报表、曲线等多种形式，为操作员及时提 供系统运行中的状态、品质及异常报警等有关信息m c g s 还 为用户提供了丰富的动画构件，每个动画构件都对应一个特定 的动画功能。m c g s 具有丰富、生动的画面。 8 1m c g s 的实时数据库为用户分步组态提供极其简洁的途径。 m c g s 由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策 略五个部分构成，其中实时数据库是一个数据处理中心，是系 统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区，是整个系统的 核心。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成 自己的差错控制。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别 进行组态配置，独立建造，互不相干，而在系统运行过程中， 各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。 9 1方便控制复杂的运行流程。m c g s 开辟了“运行策略”窗1 3 ，用 户可以选用系统提供的各种条件和功能的策略构件，用图形化 的方法和简单的类b a s i c 语言构造多分支的应用程序，按照设定 的条件和顺序，操作外部设备，控制窗口的打开或关闭，与实 时数据库进行数据交换，实现自由、精确地控制运行流程，同 时也可以由用户创建新的策略构件，扩展系统的功能。 l o )用数据库来管理数据存储，系统可靠性高。m c g s 中数据的存储 不再使用普通的文件，而是用数据库来管理。组态时，系统生 垦望墨三奎堂墅圭兰垒兰奎兰三里些堡垒查墨竺鉴望 成的组态结