组态软件模块化编程在浮选机自动控制系统中的应用

1、 冶 金 自 动 化 Metallurgical Industry AutomationVol 35 No 5Sep 2011 第 35 卷 第 5 期2011 年 9 月 经验交流 组态软件模块化编程在浮选机自动控制系统中的应用王俊鹏( 北京矿冶研究总院 矿冶过程自动控制技术北京市重点实验室，北京 100077) 摘要: 针对浮选机自动控制系统中各作业流程的控制方式基本相同但工艺流程又有区别的特点，提出了一种快 速开发人机界面( HMI) 程序的方法组态软件模块化编程方法，该方法以模块化的方式预先设计了程序的共用模板和设备模板图库，简化了浮选机自动控制系统 HMI 应用程序开发的流程。通过在

2、国内外多个工程项目上的成功应用，证明了该方法在浮选机自动控制系统工程项目中对提高 HMI 应用程序开发的效率及缩减程序调试的时间有非常显著的效果。 关键词: 浮选; 液位控制; 组态软件; 模块化编程 中图分类号: TF04; TP31 文献标志码: B 文章编号: 1000-7059( 2011) 05-0069-03 Application of modular programming method for configurationsoftware in the flotation automatic control systemWANG Jun-peng( Beijing Key La

3、boratory of Automation of Mining Metallurgy Process，Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy，Beijing 100077，China) Abstract: According to the characteristic that the flotation machine automatic control system of each work flows has the same control mode，but the process flows diffe

4、r from each other，the author puts for- ward a quick development method of HMI programmeconfiguration software modular programming This method designed in advance a common template and an equipment template library，and simpli- fied the flotation machine automatic control system HMI application develo

5、pment process After the ap- plication in several projects at home and abroad，this method is proved effective to improve the pro- gramming efficiency Key words: flotation; liquid level control; configuration software; modular programming 浮选是按照矿物表面亲水或疏水性质的差异，将有用矿物和脉石分离的过程1。浮选过程生产环境恶劣、工艺过程复杂，长期以来大都是以现场

6、岗位人工操作为主进行生产，其自动化水平低， 生产效率差，精矿品位和回收率等工艺指标波动严重。 采用自动控制技术，解决浮选过程自动化水 平落后的瓶颈问题，对于提高我国选矿行业整体自动化水平具有十分重要的作用和意义2。在大型浮选机和超大型浮选机上，矿浆液位和充气量自动控制系统已经是必不可少的组成部分。在控制系统的人机界面( HMI) 中，通常采用组态软件在自动控制系统监控层构成软件平台和开发环境，通过灵活的组态方式，为用户提供快速构建工 收稿日期: 2011-05-31; 修改稿收到日期: 2011-07-07 作者简介: 王俊鹏( 1980-) ，男，山东曹县人，工程师，主要从事选矿、冶金自动化

7、仪器仪表的研发及矿冶自动化系统工程的开发、设计工作。 70冶 金 自动 化第 35 卷业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。 随着我国浮选设备逐渐大型化和自动化，浮选矿浆液位和充气量自动控制系统也逐渐推广开来3 4。由于浮选设备需要根据各现场的不同工艺需求进行不同的作业和系列配置，因此其控制系统的HMI 也不尽相同。虽然组态软件具有开发周期短、使用灵活的特点，但是如果针对每套浮选设备都开发一套监控界面软件，则要消耗大量人力成本。 模块化程序设计是大型程序设计的常用方法，它是指按照要实现的功能把一个大型程序划分成多个模块，由每个模块完成一个子功能。它把复杂问题分解成一系列简单问题，单个模

8、块的重复使用率较高，可以大大提高开发效率，而且软件运行后维护也较为方便。 针对浮选设备每个控制回路中变量类型和数量比较固定而回路数量和作业流程却变化大的特点， 我们采用了一种 HMI 的模块化编程方法: 即通过组态软件提供的脚本语言和高级功能，对组态软件进行二次开发，使控制系统中所有具有共性的特征更加专业化和模块化，以便随时对其进行增减编辑，大大降低每个具体应用中的软件开发周期和复杂程度，这样，在具体项目的软件开发时，只需关注本项目中的特性而无需关心各种复杂而繁琐的共性问题。 回路的共性和特性分析，对组态软件提出了如下要求: ( 1) 可以方便地支持常用的 PLC，如西门子系列、AB 系列等;

9、 ( 2) 自带脚本程序编辑功能，能够对各种要求进行灵活控制; ( 3) 可以用其自带的脚本程序或者其他编程软件( 比如 VC，VB 等) 对其变量表进行操作，以便能够批量增加或删除各种类型的变量; ( 4) 能够对画面中的变量进行灵活的批量修改，以便能够快速制作程序画面。 2. 2组态软件的选择通过对国内外的 InTouch，WinCC，iFiX，King- View，MCGS，FameView 等组态软件进行价格和技术性能等方面的综合对比，我们采用了北京杰控科技的 FameView 组态软件。 FameView 组态软件具有以下优点: ( 1) 适合工业 PLC 应用。能与西门子 S7-

10、200 /300 /400 PLC 通过以太网进行通信，且不需要Simatic Net 支持; 能与 AB Logix 系列 PLC 通过以太网通信，且不需要 RSlinx 支持; ( 2) 面向设备数据表监控，通过增删设备数据表，可以批量修改通信数据的数量; ( 3) 真正的 VBScript 编译脚本，完全兼容 VB- Script，高级用户可自由编程，而且支持 VC 二次开发和行业定制5; ( 4) 所有与项目有关的配置数据全部保存在一个数据库文件中，且该数据库文件可以对用户开放，方便用户通过编程对项目进行管理和控制; ( 5) 具有特色的画面编程技术，支持画面变量的批量替换，方便大量类

11、似画面元素的快速批量制作。 共性和特性分析在浮选矿浆液位和充气量控制系统中，我们采用的是经典 PID 控制算法，所以在每个控制回路 ( 无论是液位控制回路还是充气量控制回路) 中变量个数和类型基本固定，反映在 HMI 上只是控制回路数量不同而已，这是一个首要共性。这一 共性使通过程序为每个回路批量自动添加和减少 变量提供了可行性。另外，在每个控制回路中对 同种变量的处理方式相同。例如: 对于实时曲线， 每个回路只需显示 SP( 设定值) 、PV( 过程值) 、CV ( 控制值) 和 VPF( 阀位反馈值) 就足够了。 对于浮选矿浆液位和充气量控制系统的 HMI而言，每个控制回路的特性主要表现在

12、其画面布置不一致。 2组态软件分析2. 1对组态软件的要求根据对浮选矿浆液位和控制系统中各个控制 13开发过程本系统的开发是以该数据库文件为核心进行 编程配置开发的，数据库采用“ODBC”的方式调用。 3. 1变量相关设计在 FameView 中，变量是基于设备数据表的， 所有变量的地址偏移都是以设备数据表为基础的。在本系统中，为每个控制回路建立了一个设备数据表，以方便各个变量的批量添加，而且数据变量表的数量也是根据设定的回路数量自动添加的。 王俊鹏: 组态软件模块化编程在浮选机自动控制系统中的应用 71第 5 期批量添加变量的过程如图 1 所示。如图 2 所示。如果按照常规的方法对一个浮选自

13、动控制系统项目进行开发，则必须对图 2 中的运行数据库、历史数据库、参数设置、用户窗口、实时曲线、历史曲线和用户菜单等进行逐一设计，特别是运行数据库、历史数据库和用户窗口设计，非常费时费力，而且还极易出错。而如果按照本文所说的方法开发出模块化的组态软件模板，则能节省大量的编辑和调试时间，而且不易出错。按照本模板程序对新项目的 HMI 程序进行开发时，只需要在系统配置窗口中设置好需要进行自动控制的浮选机的总控制回路数和控制器的 IP 地址等参数， 内置的已经编辑好的脚本函数则会自动生成运行数据库和历史数据库。然后再按照最终用户的工艺流程图从模板图库中挑选出合适的设备搭建成用户窗口即可，历史曲线和

14、实时曲线等窗口则可以根据用户想要查看的回路号用脚本程序自动调用相关的数据并加载到模板文件中。 图 1 添加变量的过程Fig. 1 Process of adding parameters3. 2参数设置页面设计在参数设置页面中，设计有控制回路的各种 参数设置入口，通过该页面可以控制各个回路的参数。在实际的源程序设计中，我们只设计了一个模板页面，该页面相当于一个以指针为参数的函数，其中的指针变量则是控制回路的回路号。模板页面以回路号为索引载入该回路的相关变量，当页面上的参数被确认修改时，模板页面又以指针为索引将修改过的变量传递给相关回路。这 样就完成了参数修改的全过程。 3. 3实时曲线和历史曲

15、线设计实时曲线页面和历史曲线页面的设计采用了与参数设置页面类似的方法，也是一个以回路号为指针参数的页面模板函数。因此在需要查看某个回路的实时曲线或历史曲线时，只需要在打开 实时曲线之前输入一个回路号即可。 3. 4设备模板图库建立由于每个工业现场的工艺流程都不相同，因此在 HMI 上显示的画面也不可能相同。但是在这些不同的画面中也有共性，即每个控制回路上需 要显示的变量基本相同，而且对于浮选设备来说， 其执行器无外乎气缸和调节阀等有限的几种。于是，我们在模板程序开发中绘制出具有通用性的 设备图库，使用时直接调用，然后改变一下其内部动态变量的链接即可。更加方便的是，FameView在画面编辑中还

16、提供了变量替换功能，通过该功 能，能够成批修改所选对象中的动态控制变量，从 而提高画面制作的效率。 图 2 程序结构Fig. 2 Program main structure4应用效果模块化的 HMI 程序设计对程序设计中占用工作量大、操作重复多的部分利用脚本软件进行批量化处理，最终开发用户程序的程序员只需关注操作界面与用户的工艺流程如何相结合即可，无需关心程序的内核。这样大大提高了程序开发效率， 程序开发时间由 3 5 天缩短为 1 天，而且大大缩短了程序调试的过程。 按照本模板开发的浮选机自动控制系统 HMI应用程序已经在福建紫金集团选矿厂、江铜集团大山选矿厂、泗洲选矿厂以及沙特阿拉伯 A

17、L- MASANE 铜锌矿等国内外多处矿山得到了应用。 ( 下转第 75 页) 主菜单设计我们在系统3. 5设计了 3 组主菜单，分别是用户管理、查询和系统菜单。用户管理菜单实现了用户登录、注销和管理功能; 查询菜单实现了历史数据、历史曲线和系统信息的查询功能; 系统菜单则实现了系统退出、中英文界面切换以及各种高级参数设置功能等。 3. 6程序总体结构设计开发完成后的组态软件模板程序的总体结构 叶继华，等: 一种改进的 Ad Hoc 网络路由协议 AODV-DD 75第 5 期改进算法，利用添加链路节点本地修复次数判定是否采用本地修复机制，在本地修复时采用断开节点和其后续两跳节点同时修复的双向

18、修复，使路由协议性能有了一定提升，但交付率并没有很大的提升，需要在将来的研究中作进一步改进。 参考文献:1洪锡军 无线自组网路由协议研究J 计算机工程， 2005，31( 8) : 105-107 HONG Xi-jun Wireless Ad Hoc networks protocol J Computer Engineering，2005，31( 8) : 105-107 2ROYER EM，TOH C-K A review of current routing pro- tocols for Ad Hoc mobile wireless networksJ IEEE Personal C

19、ommunications，1999，6( 2) : 46-55 3Kipnis A，Shamir A Cryptanalysis of the HFE public key cryptosystem by relinearization C/ / Proc of Advances in Cryptology-Crypto 99 Berlin: Springer-Verlag，1999: 19-30 4万 抒 基于两跳邻居的 AODV 路由本地修复改进 D 西安: 电子科技大学，2008 5邬春学，杨朝梁 无限自组网 AODV 协议的多路径路由的实现J 计算机工程与应用，2009，45 ( 9

20、 ) : 123- 126 WU Chun-Xue， YANG Chao-liang Wireless Ad Hoc multi-path routing protocol AODV implementation J Computer Engineering and Applications，2009 ，45 ( 9 ) : 123-126 6刘永强，严 伟，戴亚飞 一种满足 QoS 约束的自适应多径 Ad Hoc 网络路由协议J 计算机学报，2006，29 ( 5) : 681-689 LIU Yong-qiang，YAN Wei，DAI Ya-fei To meet the QoS constraints of a multi-path Ad Hoc networks adaptive routing protocol J Chinese Journal of Computers，2006， 图 4 各种场景时间延迟情况对比Fig. 4 Time delay of three scenarios 29( 5) : 681-689编辑: 魏 方 櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒櫒