InTouch在大型醋酸纤维生产监控中的应用

徐德杰 吴胜昔 向国海 顾幸生

(华东理工大学自动化研究所1，上海 200237;上海慧时软件有限公司2，上海 200233)

0 引言

某大型醋酸纤维公司是集化工、化纤、热电为一体的大型工业企业。为使生产数据管理更加科学化、合理化，本文设计了具有高性能、高可靠性并且经济实用的数据采集系统，并重点介绍了该系统的人机界面的(human machine interface，HMI)设计和应用。

人机界面(HMI)是人与机器实现信息交互和传递的媒介［1］，是把人的思维和机器的行为转换为双方都能接受的形式的一种设计理念。目前，比较主流的HMI组态有InTouch、WinCC、力控、组态王等。InTouch HMI软件由于其易用的开发环境和广泛的系统功能，以及能够传递实时信息的特点，被广泛应用于食品加工、制药、造纸、交通等领域［2－5］。

本文采用InTouch软件实现某大型醋酸纤维的能源管理监控系统，并给出了系统结构、功能、生产监控组态等方面的实现方案。

1 监控系统结构及功能设计

1.1 设计要求

某大型醋酸纤维公司生产区域引进能源管理系统(energy management system，EMS)，采集五期大楼电气室、五期垂直单元马达控制中心(motor control center，MCC)、五期成品线马达控制中心、四期电气楼以及老电气楼五个控制区域的设备数据，并进行设备的监测和能耗分析。系统采用仪表变频器采集层、PLC控制层、上位机监控层三层结构，各层介绍如下。

①仪表变频器采集层

现场电机控制数据选用DIRIS A40仪表和AB PF700变频器两种方式进行采集。仪表和变频器都是通过RS-485协议将数据传送到 AnyBus x-Gateway AB7000工业网关，在网关中完成从RS-485协议到Profibus协议的转换(其中ABPF 700变频器还配置有20 Comm-H的数据采集卡，以实现Modbus RS-485数据采集)。网关到PLC控制层的通信通过Profibus完成，整个系统采用了30台网关，能较好地解决工厂自动化中多种现场总线共存的问题。

②PLC控制层

针对需要采集的五个控制区域，系统分别为每个控制区域配备一台Siemens S7-400 PLC和一台Siemens MP377 Touch触摸屏。各马达控制中心均配置一套控制器，用于采集本地能源数据信息，以便在相关配电室或马达控制中心进行数据采集［6］。

③上位机监控层

每个控制室的PLC通过光纤环网连接到能源管理主控室，使用Siemens的SCALANCE X系列交换机作为环网节点的交换机。上位机采用InTouch作为能源管理系统的HMI软件，并配置一个有5 000个标记名的Historian Server，以存放历史数据。采用主控室中的服务器对数据进行归档、统计分析和发布。

系统结构如图1所示。

图1 系统结构图Fig.1 Structure of the system

1.2 监控组态画面系统功能设计

本项目的监控组态分成多个层次设计，结合最终用户，在确保系统安全性的同时保证运值人员可以一目了然地了解现在的运行方式。这样便于工作人员掌握每个回路的报警信息和进行各种操作。组态画面的结构示意图如图2所示。

图2 组态画面结构示意图Fig.2 Structure of the configuration graphics

2 关键技术

2.1 InTouch和PLC之间的通信

InTouch和PLC之间的通信步骤具体如下。

上述三种方法中,最简单用时最少的是方法3,根据要解决的问题的要求,通过观察、比较和分析,找出规律,从而迅速解决问题,体现的是综合应用能力。其次是方法2,它是化学学科思想中整体思想和化学学科观念中守恒观的有机结合的应用。方法1,是基本方法和基本技能的应用。

首先，在 Wonderware公司提供的 Device Intergration软件包中安装DAServer。DAServer是基于ArchestrA技术的一种I/O Servers服务器，可以通过DDE、SuiteLinkTM、OPC 等协议和 InTouch连接［7］。

接着，系统通过系统管理操作台(system management console，SMC)来进行配置，填写PLC地址和机架号、CPU槽号、在Device Group中配置主题名等。通常，S7-300 PLC的CPU槽号一般为2(电源模块占一个槽)，S7-400 PLC的CPU槽号一般为3(电源模块通常占两个槽)。

然后，在InTouch中配置访问名［8］。其中，主题名要与在SMC中Device Group选项中配置的主题名一致;应用程序名为SMC中节点名的中间部分。

最后，建立标记名和访问名、项目名之间的关联，其中项目名的命名规则可以查看DAServer帮助文档Item Naming。将PLC中数据的地址和InTouch的标记名关联起来，即可实现InTouch与PLC的通信。

2.2 公共窗口模板

本项目需要采集121台智能电表、22台变频器、3台软启动器和3个电池组的电量数据，因此为每种仪器建立单独的参数显示窗口会使画面比较混乱。对此，本文采用公共窗口模板方法［9］，将I/O型的变量赋值给内存变量，使所有的仪器数据显示共用一个窗口，随时调用随时显示。为了显示MCC801段某变频器的电压，编辑动作脚本如下。

其中，U801－1－5B为某变频器电压的I/O型标记;U1为与U801－1－5B类型相同的内存型标记;“参数显示”是项目中建立的共用数据显示窗口。

同理，本文在做实时趋势和历史趋势分析时，涉及的参数很多，趋势窗口也按公共窗口模板的方法建立一个共用的窗口。窗口脚本如下。

其中，“趋势”为Windows控件的名称;“MCC801”为需要添加的工作段。

条件脚本如下。

2.3 事件和报警输出

本文设计的交接班记录以及报警采用Excel输出方式。配置报警组是为了将操作人员的交接班和设备数据的报警分离开来，方便用户浏览。为运行人员交接班配置一个名为“Log”的报警组。虽然系统提供了与运行人员交接班有关的标记名，如 $Operator、$AccessLevel等，但是由于系统标记名只能读不能写，而系统默认报警组为$System且不能更改，这就需要建立内存消息型标记名，如Operator，并在窗口脚本中添加Operator=$Operator。

选择报警组“Log”，在配置分布式报警显示时，在“通用”栏填写报警查询时输入/“intouch!Log”，就能达到将操作人员记录和报警分离，独立形成报表输出的效果。

在配置Alarm Printer时，可以选择查询的报警组以及日志文件的格式(这里选择.csv格式，与Excel转换比较容易)。配置完成后就可以通过条件脚本自动生成和查看报警。

在画面窗口中添加一个“查看报警”按钮和一个Microsoft Date and Time Picker Control时间选择控件，建立一个内存消息型“datestring”标记名，并与时间选择控件关联，这就避免了用户输入时间日期格式与系统不匹配而出现的错误。

查看报警按钮动作如下。

报警日志文件自动查询和生成脚本如下:

条件为真时，执行打开Alarm Printer应用程序:

条件为真时，执行查询程序:

所有的日期与时间值都设置为0，则打印所有报警。这是由于0被解释为1900年1月1日午夜，指定的日期与时间采用本地时间格式。

$Hour==0 AND$Minute==0 AND$Second==5条件为真时，表示查询被执行5 s之后，关闭Aarm Printer应用程序:

由于在运行过程中为了保证InTouch程序的安全性，ALT、CTRL以及TAB等键位都是被禁用的，因此，可以通过以下函数实现Alarm Printer的自动关闭。

2.4 数据的存储和查询

Historian Server是一个建立在Microsoft SQL Server基础上的实时应用系统，具有高速数据采集、节省存储空间、实时SQL数据访问等优点。InTouch能够将标记名批量导入到Historian Server数据库中，方便用户进行数据查询和存储［10］。

Historian Server在数据库中处于启用状态，在Configuration Editor/System Configuration/Data Acquisition/IDAS下右键选择Import Tags，将标记名导入到数据库中。

Historian Server使用的数据库名称为Runtime，为系统默认且不能更改。因此，在数据库中按照客户需求建立相应的表后，可以通过以下SQL语句来进行数据的查询。

2.5 基于Excel的InTouch报表开发

如上所述，可以通过SQL语句将数据从历史数据库中查询出来。在实际项目中，数据报表的开发和制作通常是将查询得到的数据呈现在Excel表格中，方便运行人员进行分析和比较。

在项目实施的过程中，如果没有第三方报表软件的情况下，就需要工程师自己编写程序来实现报表的相应功能。

以下为用户窗体的关键程序。

3 结束语

InTouch组态软件提供了一种易用的开发环境和广泛的功能。本文采用InTouch作为组态开发工具，能够快速地建立、测试和部署连接，并传递实时信息。开发的用户界面可以将系统结构和生产设备形象、直观地展现出来，使运行人员能够方便掌握生产过程中设备的运行情况，具有广阔的应用前景。

［1］霍发仁.人机界面设计研究［D］.武汉:武汉理工大学，2003.

［2］谭秀平，高丙朋，南新元.番茄酱生产线罐装工艺远程监控系统设计［J］.工业控制计算机，2008，21(9):11 －12.

［3］缪汉尧，郭利中，沈安涛.主电室自动化监控系统［J］.包钢科技，2003，29(3):22 －25.

［4］周显兵.加氢裂化新氢机控制系统升级改造［J］.石油化工自动化，2003(5):92－94.

［5］段迎黎.InTouch在冶金自动化中的应用［J］.自动化技术与应用，2005，24(9):80 －81.

［6］王东江，王维.基于PLC和INTOUCH的厂务监控系统设计［J］.科技资讯，2011(29):67 －68.

［7］姜丽丽.工控组态软件(INTOUCH)研究与二次开发［D］.天津:河北工业大学，2010.

［8］曾小洋.西门子PLC与InTouch综合应用［M］.北京:人民邮电出版社，2010.

［9］张希利.Intouch在电厂自动化的应用［J］.电工技术，2006(3):22－24.

［10］尹君，雷汝海，王军.基于InTouch的选煤厂带式输送机运行状态监控软件的设计［J］.工矿自动化，2008(4):75－78.