泵站综合自动化及其优化控制调节的研究

发布时间：2016-08-05 18:12

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扬州大学硕士学位论文；第五章上位机监控系统软件设计与开发；５．１上位机监控软件；上位机监控系统的功能实现在很大的程度上依赖于组态；在本系统中结合实际需求，上位机监控软件采用成熟可；Ｉｆｉｘ的网络是基于节点的，无论是客户机还是服务；ＩｆｉｘＳｅｒｖｅｒ节点通过数据驱动读取下位机的；孙平安泵站综合自动化及其优化控制调节的研究４５；ＩｆｉｘＣｌｉｅｎｔ节点在得到相

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第五章上位机监控系统软件设计与开发

５．１上位机监控软件

上位机监控系统的功能实现在很大的程度上依赖于组态软件。组态软件指一种数据采集与过程控制的专用软件，它是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，并且能以灵活多样的组态方式为用户提供良好的操作界面和简捷的使用方法，组态软件很好的解决了控制系统通用性问题。其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各种硬件厂家的计算机和Ｉ／Ｏ产品，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口进行系统集成。

在本系统中结合实际需求，上位机监控软件采用成熟可靠的组态软件Ｉｆｉｘ。Ｉｆｉｘ是Ｉｎｔｅｌｌｕｔｉｏｎ自动化软件产品家族中的一个基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＨＭＩ／ＳＣＡＤＡ组件。Ｉｆｉｘ是基于开放的和组件技术的产品，专为在工厂级和商业系统之间提供易于集成和协同工作设计环境。它的功能结构特点使得用户可以减少开发自动化项目的时间，缩短系统升级和维护的时间，并且它能与第三方应用程序无缝集成，增强生产力。Ｉｆｉｘ提供了监视管理、报警和控制功能，它能够实现数据的绝对集成和实现真正的分布式网络结构。Ｉｆｉｘ的内部是一个能够提供分布式结构的技术核心。Ｉｆｉｘ是在标准技术的基础上开发的，像ＡｃｔｉｖｅＸ，ＯＰＣ，ＶＢＡ，和组件对象模型（ＣＯＭ）－－样，在广泛的局域网和互联网基础上提供第三方应用程序的简单集成。作为一种高效的工业自动化软件无论对于单个的监控单元还是大规模的网络组态系统，Ｉｆｉｘ都是一个理想的选择。该软件能实现包括监视、控制、报警、保存和归档数据、生成和打印报告、绘图等多种功能【２９１。

Ｉｆｉｘ的网络是基于节点的，无论是客户机还是服务器都可以看成是Ｉｆｉｘ系统中的一个单独节点，从而为Ｉｆｉｘ提供了完全的分布式客户／服务器结构，大大提高了系统的可扩展性。无论是服务器还是客户机，都能运行在同一计算机中，实现简单的单机人机监控系统，还是基于网络的多Ｓｅｒｖｅｒ和多Ｃｌｉｅｎｔ的分布式数据采集和控制系统，Ｉｆｉｘ都可以满足各种应用类型和应用规模的需要【３】。

ＩｆｉｘＳｅｒｖｅｒ节点通过数据驱动读取下位机的数据，并将数据实时的更新到Ｉｆｉｘ过程数据库。其中过程数据库中有多种功能块包括：模拟量处理块、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。其中盲Ｓｅｒｖｅｒ只能读取下位机的数据，不能进行组态画面开发。

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ＩｆｉｘＣｌｉｅｎｔ节点在得到相应的权限后，用户可以访问到网络中任和一个ＳＣＡＤＡＳｅｒｖｅｒ的过程数据库，以及历史数据库中的数据。实时动态画面显示、趋势显示、报表查询等应用都能运行在Ｃｌｉｅｎｔ上，而且在网络中的各个本地节点上都能进行开发工作，包括画面开发、历史数据配置，权限管理等。Ｉｆｉｘ典型的分布式客户／服务器网络体系控制结构图如下图５．１所示。

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图５－１Ｉｆｉｘ客户／Ｎ务器网络体系控制结构图

本文中的上位机监控系统采用的是客户／Ｎ务器结构，是由一台Ｉｆｉｘ服务器，和两台Ｉｆｉｘ本地节点构成。

５．２基于ＯＰＣ的数据通信

５．２．１．ＯＰＣ协议

ＯＰＣ是ＯｂｊｅｃｔＬｉｎｋｉｎｇａｎｄＥｍｂｅｄｄｉｎｇ（ＯＬＥ）ｆｏｒＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌ的缩写，它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用。ＯＰＣ以ＯＬＥ／ＣＯＭ／ＤＣＯＭ技术为基础，采用客户／服务器（Ｃ／Ｓ）模式，ＯＰＣ为工业自动化软件的开发提供了统一的标准，这个标准定义了如何应用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ操作系统和在基于ＰＣ的客户机之间交换自动化实时数据，采用这项标准后，硬件开发商将取代软件开发商为自己的硬件产品开发统一的ＯＰＣ接口程序，而软件开发人员可以不用再去开发各种驱动程序，可以利用自己的特长，把更多的精力投入到产品的开发上。在实际使用中，其中主要开发的是对现场设备数据的读写操作。ＯＰＣ协议在处理数据时有三种方式：同步、异步、订阅［３０］［３１］。

同步通讯时ＯＰＣ客户程序在向ＯＰＣ服务器进行请求时，ＯＰＣ客户程序必须要等到ＯＰＣ服务器对应的响应全部完成以后才能返回，ＯＰＣ客户程序在此期间一直处于等待状态，若进行读操作，必须等待ＯＰＣ服务器响应后才返回。因此在同步通讯时，如果有大量

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数据进行操作或者有很多ＯＰＣ客户程序对ＯＰＣ服务器同时进行读操作，那么必然造成ＯＰＣ客户程序的阻塞现象。因此同步通讯只是适用于ＯＰＣ客户端较少，数据通信量比较小的场合。

异步通讯时ＯＰＣ客户程序对服务器进行请求时，ＯＰＣ客户程序请求完成后立刻返回，不用等待ＯＰＣ服务器的响应，程序可以进行其它操作。当ＯＰＣ服务器完成响应后再通知ＯＰＣ客户程序。例如当进行读操作时，ＯＰＣ客户程序在向ＯＰＣ服务器发起读请求后就返回，而不用等待ＯＰＣ服务器的读完成。当ＯＰＣ服务器在读完成以后，服务器会自动的通知ＯＰＣ客户程序，并且把读到的结果传送给ＯＰＣ客户程序。因此相对于同步通讯而言，异步通讯的效率更高［３２］［３３１。

订阅方式时ＯＰＣ客户程序对服务器进行请求时，ＯＰＣ客户程序完成以后也是立刻返回，不用等待ＯＰＣ服务器的响应，，ＯＰＣ客户程序可以进行其它操作，当ＯＰＣ服务器检测到组内有数据发生改变时，会根据更新周期自动刷新相应的客户端数据，客户端只需要向ＯＰＣ服务发送一次请求，之后不需要再对服务器请剥３４１。

５．２．２．Ｉｆｉｘ与Ｓ７．２００的ＯＰＣ通讯

本系统中西门子￥７２００ＰＬＣ与上位机监控软件的通讯采用ＯＰＣ的方式。其中ＯＰＣ服务器选择了专业的ＯＰＣ协议通信软件ＫＥＰＳｅｒｖｅｒ。ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ通过ＯＰＣ协议连接水源站和加压泵站的ＰＬＣ。Ｉｆｉｘ服务器端采用自带的ＯＰＣＰｏｗｅｒＴｏｏｌ客户端与ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ通信。ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ采用异步通信的方式从ＰＬＣ中读取数据。Ｉｆｉｘ与￥７２００的通讯结构图如图５．２所示【３５】［３６】。

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图５．２Ｉｆｉｘ与￥７２００ＯＰＣ通讯示意图

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系统ＯＰＣＳｅｒｖｅｒ配置图如图５－３所示，在配置中指定ＯＰＣ的采用周期，ＰＬＣ以太网模块的ＩＰ的地址以及数据的存储方式等。

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５．３基于Ｉｆｉｘ时间调度的历史数据管理

一般组态软件的历史数据都是经过压缩后以文件的形式存在磁盘中，这些历史数据一般只能通过组态软件本身识别和使用，数据无法与其他控制系统或软件共享。为了实现历史数据也能和其他系统的对接，本控制系统中通过在Ｉｆｉｘ服务器端设计历史采集程序将这些历史数据存储到泵站综合信息数据库中。

由于需要将Ｉｆｉｘ过程数据库中的数据按照设计的采集频率（１ｓ）不间断的保存到泵站综合信息数据库中，为此采用了Ｉｆｉｘ提供的基于时间的调度功能。Ｉｆｉｘ基于时间的调度是指系统每间隔规定的时间执行调度中的程序，用户在调度程序中通过编程来实现需要周期执行的任务。

本系统中通过在调度程序中实时读取Ｉｆｉｘ过程数据中的数据，然后通过ＡＤＯ的方式将过程数据库中的数据存储到中心数据服务器中，以达到历史数据采集的目的。Ｉｆｉｘ中基于时间的调度配置如下图５—５所示：

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由于在Ｉｆｉｘ中获取过程数据库中的数据，是按照过程数据中的标签名来获取的，并且过程数据库中的数据并不完全满足数据库存储格式的要求（过程数据库中的数据都是按照字符串的格式），所以在存储之前必须进行格式的转化。同时为了防止因为通信连接断开而记录无效数据，在程序设计中加入了通信状态判断逻辑，调度事件程序设计流程图如图５－６所示。

下载地址：泵站综合自动化及其优化控制调节的研究_图文42.Doc

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