组态技术在煤矿信息化中的应用

组态技术在煤矿信息化中的应用华洋通信科技股份有限公司系统集成事业部：丁宇辉Tel:13615113527E-mail:[e-mail]组态技术概述煤矿综合信息化架构组态软件典型组态软件介绍-iFIX案例组态控制技术简介-计算机控制系统的组成组态控制技术是一种计算机控制技术。计算机控制技术就是利用计算机控制某种设备使其按照指定的要求来进行工作。人工控制自动控制计算机控制由被控对象、传感器、I／O接口、计算机和执行机构几部分组成传感器的作用是对被控对象的各种参数进行检测。传感器、执行机构一般置于生产现场，和被控对象在一起，也叫现场设备。采用组态技术的系统，计算机一般都置于控制室。如果把计算机比喻成系统的大脑，传感器就相当于它的眼睛，执行器就是手和脚。计算机和传感器及执行器之间需要I/O接口设备来进行信号的转换与联系，因此，I/O设备是沟通计算机和现场设备的桥梁。组态控制技术简介—计算机控制系统的组成组态控制技术简介-计算机控制系统的形式数据采集系统(DAS)直接数字控制(DDC)集散式控制系统(DCS)现场总线控制系统(FCS)1．按照系统的功能分类组态控制技术简介-DAS数据采集系统(DAS)系统只进行参数的检测，不对参数进行控制。I/O通道只有模拟量输入(AI)和开关量输入(DI)组态控制技术简介-DDC直接数字控制(DDC)DDC系统的I/O通道除了AI和DI外，还有模拟量输出(AO)通道和开关量输出(DO)通道组态控制技术简介-DCS集散式控制系统也称为分布式控制系统，总体思想是分散控制，集中管理，即用几台DDC计算机分别控制若干个回路，再用监督控制计算机对各DDC进行集中管理。典型的三级结构为过程控制级、控制管理级和生产管理级。过程控制级由各控制站组成，控制站可以是DAS，也可以是DDC，用来进行生产的前沿检测与控制。控制管理级由工程师站、操作员站、数据记录检索站等组成，供工程师进行程序调试和操作员进行生产监控、手动操作、报表打印、数据查询等。生产管理级由生产管理信息系统组成，可进行全厂生产情况汇总与调度。集散式控制系统(DCS)组态控制技术简介-DCS集散式控制系统(DCS)组态控制技术简介-FCS现场总线控制方式(FCS)FCS系统是继DCS之后的新一代计算机分布式控制系统。系统首先要求现场变送器和执行器采用智能部件，直接输出数字信号，再通过现场总线以串行通信方式与计算机相连。为使不同厂家生产的智能变送器、执行器和过程控制级、控制管理级计算机之间相互兼容，彼此相连，同时还可与生产管理级计算机，甚至企业内部网、因特网相连，要求现场总线具有开放和统一的通信协议。组态控制技术简介MCU:单片机为核心的计算机测控系统PLC:以PLC(可编程控制器)为核心的计算机测控系统IPC:以IPC(工业PC机或称工业控制计算机)为核心的计算机测控系统利用组态技术构成的计算机控制系统是在以上三者特别是以IPC为核心的系统的基础上发展起来的2．按照设计方法的不同分类组态控制技术简介-MCU以单片机为核心的计算机测控系统的突出优点是结构小型、价格低廉，因此广泛应用于智能仪器、仪表和小规模测控系统上。其缺点是硬件电路和软件都要单独设计，不能充分利用通用PC机提供的各种软硬件资源，对设计人员的要求较高，产品常不具有通用性。目前在工控(即工业控制)领域应用最多的是各种智能显示调节仪表和智能变送器。组态控制技术简介-PLC、IPCPLC是由继电器控制系统发展而来的。现已广泛应用于工业生产的各个领域，特别在以开关量为主的系统中，已成为控制的主要手段。随着技术的发展，现在的PLC也具有了模拟量控制功能。以IPC为核心的计算机测控系统，最大的优点是可充分利用一般计算机提供的各种软件和硬件资源，不仅开发方便，更可利用Windows或其他操作系统，方便地进行生产的监控管理。组态控制技术简介PC机用于测控的缺点：（1）普通PC机不适应工业现场电磁干扰严重、高粉尘、震动等恶劣环境，也不针对那么多的工业I／0设计。（2）需要单独设计I／0接口电路，独立开发系统软件解决传统测控方法的缺点工业PC机(IPC)、专门的各种通用接口电路如A/D、D／A板卡及模块、专门用于工控的简单易学的开发工具——组态软件更重要的是，为了使三种控制技术发挥各自所长，许多智能仪表和PLC都开发了与IPC的通信功能这样，IPC、基于单片机的智能仪表和PLC可共存于一个系统中，构成集散式计算机控制系统。组态控制技术简介在这样的系统中，智能仪表和PLC完成信号的前沿检测与控制功能，IPC和组态软件则用于系统的监控。前面提到的许多厂家生产的ICS产品，都基于这种技术。可以说，基于组态控制技术的计算机测控系统是计算机控制技术发展的结果，其基本内涵在于其硬件设计和软件开发都具有“组态”性。组态控制技术简介组态控制技术相对于传统计算机控制技术的优点硬件设计上：除采用工业PC机外，系统大量采用各种成熟通用的I／0接口设备和现场设备，基本不再需要单独进行具体电路设计。这不仅节约了硬件开发时间，更提高了工控系统的可靠性。软件设计上：采用成熟的工控专用组态软件进行系统设计，软件开发周期大大缩短了组态软件实际上是一个专为工控开发的工具软件。它为用户提供了多种通用工具模块，用户不需要掌握太多的编程语言技术(甚至不需要编程技术)，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。系统设计人员可以把更多的注意力集中在如何选择最优的控制方法，设计合理的控制系统结构，选择合适的控制算法等这些提高控制品质的关键问题上。另一方面，从管理的角度来看，用组态软件开发的系统具有与Windows一致的图形化操作界面，非常便于生产的组织与管理。组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。由于组态技术的介入，计算机控制系统的应用速度大大加快了。组态控制技术简介一般来说，只要采用IPC，选择通用接口部件和组态软件，这样构成的系统都是基于组态控制技术的。国内外许多自动化设备生产厂家生产了许多基于这种技术的DCS计算机系统，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等。这些系统提供各种工业PC机、I／0板卡、模块和专门针对自己系统的组态软件，供自动化系统设计人员组态选择。常用通用组态软件有iFIX、MCGS、Kingview(组态王)、力控组态等。无论是专用还是通用组态软件，一般都为用户提供了数据采集与处理、画面设计、动画显示、报表输出、报警处理、流程控制等功能。下面我们就煤矿信息化系统架构做一下简单的阐述。常用基于组态控制技术的计算机系统和组态软件煤矿信息化组态软件-组态与组态软件组态:英文单词configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或软件按照预先设置自动执行特定任务，满足使用者要求和目的。组态软件:也称人机界面HMI/MMI(HumanMachineInterface/manmachineinterface)，或监控与数据采集SCADA(supervisorycontrolanddataacquisition)。组态软件-组态与组态软件由于不同的用户对计算机监控系统的要求差别很大，如人机界面的设计和系统硬件的配置等都不会相同，而供应商又不能为每一个用户专门开发监控系统，所以就预先研制一个软件平台，这个软件平台含有制作人机界面时常用的元件图形库，含有一般控制系统中常用的板卡、智能仪表、PLC等硬件设备的驱动程序库等。然后，由用户在这个软件平台上进行二次开发。这个二次开发的过程就成为组态，相应的开发平台成为组态软件。组态软件-组态软件种类组态软件是20世纪80年代中期随着集散式系统DCS的诞生而出现的，当时集散系统厂商只将本公司生产的控制设备（如板卡、智能仪表、智能模块等）的图形和驱动程序集中现在一起制作成库，供用户设计时选用，这样的组态软件依赖于硬件，不同的集散系统厂商开发的组态软件只能适用于本公司生产的硬件，不可互相替代，如AB公司的RSView32,德国的Wincc等就是这种专用组态软件。随着PC机可靠性的不断提高和在工控领域的普及和发展，以及世界上许多工控厂商主动公开通信协议，加入基于PC机的控制行列，于是又诞生了一些通用组态软件。组态软件-组态软件种类组态软件种类专为特定行业设计的组态软件通用组态软件国电自动化研究院NARIACCess国电自动化研究院NARIECess水科院自动化所H9000四方HSC2000GEiFixWonderware公司InTouch北京亚控组态王昆仑组态MCGS组态软件-组态软件特点从美国WonderWare公司1987年推出的世界上第一个商品化监控组态软件InTouch开始，由一枝独秀到今天的百花争鸣，不到30年的时间工业控制领域就发生了巨大的变化，组态控制技术诞生标志着工业控制技术发展到了一个成熟的阶段，在此期间各家公司互相借鉴，互相学习，取长补短，使组态软件的功能趋于同化，归纳起来有以下共同点：1、实时性与多任务。数据采集与处理、显示与输出，存储与检索、人机对话与实时通信等多个任务要在同一台计算机上进行。组态软件-组态软件特点2、可靠性与系统冗余。各组态软件都提供了一套完善的安全机制。如界面上所有可操作的东西都具有安全级别和操作权限，防止误操作和非法操作。具备故障诊断和处理功能，一些组态软件还具有热备体系支持冗余。3、通用化和行业化。在开发通用版本的同时，各家公司也十分注重根据不同行业的特点开发不同领域的专业版本，如石油版、电力版等。4、标准通信与接口开放。采用标准通讯协议和外部设备接口，如OPC,ODBC等数据交换技术。组态软件-组态软件特点5、可扩展性与二次开发。当用户的企业发展壮大，原有的计算机控制规模需要扩大时，组态软件具备方便、灵活的扩展能力。6、网络控制与远程控制。目前组态软件已不局限于早期的单机版，具备网络控制功能的组态软件可以连接成对等网，也可以连接成C/S结构。计算机控制的发展正在向以太网靠拢，通过网卡将各种控制设备挂接在Internet网上，实施远程控制。7、内部数据库与外部数据库。组态软件都有自己内嵌的数据库系统和报表格式，但一些用户往往需要使用第三方软件来处理采集的数据，即要求使用通用数据库来存放采集的数据如SQLServer、Oracle等。所以组态软件还具有和通用外部数据库的接口。组态软件-组态软件特点8、复杂运算与软逻辑控制。随着计算机控制技术的深入发展，组态软件功能早已图片了传统的数据采集和人机界面设计，目前已将PLC具有的一些复杂运算功能植入到组态软件中，称为软PLC或软逻辑控制。组态软件-组态软件主要解决的问题组态软件实际上是一个针对计算机控制系统开放的工具软件，应为用户提供多种通用工具模块。应解决这样一些问题：采集、控制设备间进行数据交换；使I/O设备的数据与计算机图形画面上的各元素关联起来；处理数据报警及系统报警；存储历史数据并支持历史数据的查询；各类报表的生成和打印输出；为使用者提供灵活、多变的组态工具，可以适应不同应用领域的需求；最终生成的应用系统运行稳定可靠；具有与第三方程序的接口，方便数据共享。组态软件-组态软件结构实时数据库（变量表）画面趋势分析模块历史数据库历史数据管理模块事件管理模块（操作等）报警管理模块脚本语言模块设备驱动程序实时报表模块历史数据报表模块用户权限管理模块设备实时数据库管理模块统计分析模块组态软件-实时数据库实时数据库实时数据库就是变量表，包括：变量名称、类型、初始值等信息；和设备数据对应的关系；当设置好实时数据和设备数据连接关系后，系统会自动读出设备当前数据已更新实时数据的值。当用户写数据时，系统会自动把数据发送到相关的设备。组态软件-数据流数据流向示意图现场数据I/O设备设备驱动程序实时数据库数据流1外-内实时数据库画面显示报警模块等工作过程画面报警画面历史数据画面……数据流2内-内控制数据设备驱动程序I/O设备执行机构数据流3内-外通讯通讯组态软件-开发步骤