一种基于iFIX的监控系统的设计与实现

谭洁玉

（东南大学电气工程学院，江苏南京 210096）

一种基于iFIX的监控系统的设计与实现

谭洁玉

（东南大学电气工程学院，江苏南京 210096）

为了便于实时监视和控制除尘器的工作情况，介绍了一种基于组态软件iFIX的静电除尘器监控系统，包括此控制系统的整体结构、监控系统的数据存储及读取方法、主要界面功能及其与下位机通讯的配置。针对实际生产中各物理量不断变化的特点提出了优化控制的方法，有效减小了能耗。实验证明系统操作便捷，安全可靠，方便使用者实时查看系统运行情况，同时可根据实际需要适时调节控制参数。

静电除尘器；iFIX；监控系统；通讯；界面；SQL SERVER

0 引 言

作为治理大气污染的重要设备，静电除尘器具有除尘效率高，消耗动力少的优点，在我国环境保护事业中起着重要作用。如今，静电除尘器已经广泛应用于钢铁工业、有色冶金、建材工业、电力工业、化学工业、轻纺工业以及其他工业领域乃至民用领域。良好的除尘器监控系统可以有效地监视、修改控制参数，对于除尘系统的稳定运行具有重要意义。本文所述的监控系统可用于监控某水泥厂的除尘设备，文中主要介绍了此控制系统的整体结构、监控系统的数据存储及读取方法、主要界面功能及其与下位机通讯的配置。

1 iFIX简介

iFIX是全球最领先的HMI／SCADA自动化监控组态软件，是基于WindowsNT／2000平台上的功能强大的自动化监视与控制的软件解决方案［1］。生产的关键信息可以通过iFIX贯穿从生产现场到企业经理的桌面的全场管理体系，以方便管理者做出更快速更高效的决策，从而获得更高的经济效益。iFIX图形显示的基本结构如图1所示。

2 系统结构

2．1 系统总体架构

本控制系统分成两大部分：上位机监控系统和底层控制设备。下位机是由单片机组成的控制系统，上接至触摸屏显示和修改参数，监控系统通过监视触摸屏信息即可实时了解并通过高、低压控制板控制除尘器工作情况。系统总框图如图2所示。

图1 iFIX图像显示的基本结构

2．2 上位机监控系统结构

监控系统主要分成3个层次：通讯驱动层、数据管理层和人机界面层。通讯驱动层实现监控系统对触摸屏的数据采集并将控制参数设置至触摸屏中；数据管理层实现实时、历史数据管理和报警信息处理功能；人机界面层通过图表、数据连接、动画、控件等形式将除尘设备运行状态实时显示在屏幕中。监控系统软件层次及结构如图3所示。

3 功能实现

3．1 监控系统与下位机通讯

图2 系统总体框图

图3 监控系统软件层次及结构

此通讯系统中iFIX作为主站，基于ARM触摸屏作为从站。触摸屏作为Modbus TCP从站时，外部主站可以通过Modbus的01、02、03、04、05、06、0F、10命令访问人机界面的内部变量。命令访问的地址对应人机界面变量的ID，其中01、02、05、0F命令对位变量访问，03、04、06、10命令对字变量访问。

利用iFIX进行上位机监控系统的开发首先要进行SCU配置。要想实现对下位机的数据采集及控制必须首先配置通讯驱动程序［2］。iFIX有两种模式的I／O驱动：基于串口的驱动程序和基于TCP／IP的驱动程序［3］。本监控系统采用Modbus TCP协议进行上下位机通信，需要在SCU的SCADA阻态配置中启用SCADA支持后添加MBE－Modbus Ethernet v7．17b驱动器。

MBE是iFIX用于Modbus TCP协议的驱动，需在Power Tool中配置相关属性［4］。通道选项卡中需配置本台电脑的主网卡。设备选项卡中配置触摸屏的IP地址、数据应答和延迟时间、重试次数等。配置下位机单元号为1、地址长度为6，寄存器位顺序为0～15。在高级配置中勾选使用的功能码等。数据块选项卡中需配置触摸屏的地址、数据类型、轮询时间等。根据上位机对下位机数据读写功能的不同需求选择不同功能码。MBE驱动中的下位机地址与Modbus协议对应的功能码如表1所示。

表1 MBE驱动中数据块地址与Modbus协议对应功能码

数据块配置画面及通信结果如图4。

图4 数据块配置界面及通信结果

3．2 数据库设计及访问

3．2．1 过程数据库配置

过程数据库由独立的标签块组成，每个标签点中可配置与之相关的I／O地址、扫描时间、报警区域等，可根据需要自行调节。本监控系统监控数据分基本参数与状态参数两类。基本参数即上位机向下写入的数据，如高低压工作状态、闪频／闪封数等，可根据设备的运行情况修改这些参数。状态参数为监控系统从下位机读取的数据，此类数据只可被查看而不能通过上位机更改。对于重要的状态参数及报警信息则保存至历史数据库中，用户可以表格或曲线的形式查看这些数据。

采用EXCEL表格导出的方式建立标签点，标签点建成后再将表格导入数据库即可。标签点命名采用3级命名法，即“电场号－设备名－拼音简写”的方式。当需要查找标签点时，比如需查找1电场1设备的所有数据，只需输入“*A1－N1*”即可得到所要结果。扫描时间统一配置成1 s，此处的扫描时间必须大于MBE驱动中配置的扫描时间。

3．2．2 数据库存储及访问

采用外部关系型数据库SQL SERVER存储历史数据。利用开放式数据库互联（ODBC）技术实现iFIX组态软件与SQL SERVER的通讯，用于存储历史数据及报警信息［5］。首先需在数据源管理器中配置系统DSN，添加驱动程序及数据源，然后在iFIX的SCU启用SQL支持后配置SQL SERVER中的数据库及表，在数据库管理器中创建SQT和SQD数据块后即可进行数据的存储及读取操作［6］。在SCU中开启并配置报警ODBC服务后可将报警信息存入SQL SERVER中。

3．3 HM I功能

本监控系统对单台静电除尘器进行监控，共三个电场，每个电场配备两台除尘电源设备，对每台设备的监测分高、低压两部分。画面包括运行主界面、基本参数设定、实时参数显示、历史参数查询、报警处理等。各画面主要功能如下：

主界面显示各设备主要高低压状态参数，包括高压侧电压电流、低压侧振打／加热状态、高低压工作方式、通信情况、进／出气温度和浓度等。为了更直观，用不同颜色表示正常工作及故障状态，以动画的形式显示灰斗料位情况，便于操作者迅速对除尘情况作出判断及调整。操作人员亦可根据实际运行情况更改高低压侧基本参数，参数更改后，数据即被传入触摸屏，触摸屏执行相应通信帧，则下位机控制系统会调整相关的输出，从而实现改变。系统主画面如图5所示。

实时参数画面主要显示高低压主要状态参数。对于重要的参数如高压一、二侧电流，采用曲线显示以便于观察。部分状态参数会自动保存至SQL SERVER中，查询数据或趋势曲线时只需输入相应的时间、选择要查询的曲线即可看到其变化趋势。

报警系统分危急报警、高报警、低报警三个等级，分别用红色、粉色及黄色三种颜色加以区分。对于危急报警采用PG块编写程序，实现语音报警，便于操作员快速察觉处理故障。各报警信息会自动存入历史数据库中，通过使用OLE对象及VisiconX控件进行数据调用，查询时既可按时间段也可按条件查看相应区间的报警。

3．4 系统的优化控制

通过分析伏安特性曲线及输出电压电流曲线，可准确判断是否有反电晕现象发生。监控系统通过调节输出参数可控制下位机，调整其输入功率来控制反电晕［7］。同时，通过采集出口烟气的浓度、温度及湿度等物理量，自动调整电除尘器各电厂的控制参数，在保证甚至提高电除尘效率的基础上降低了能耗［8］。系统的优化控制图如图6所示。

4 结束语

图6 系统优化控制流程图

使用iFIX组态软件开发监控系统与编程语言相比大大地节省了软件调试的时间，界面形象生动，用户可通过多种方式实时监控下位机数据状态，也可根据需要查询数据及曲线。多层次报警系统方便操作者灵活、合理地安排处理故障的时间及批次，大大减小了危急故障带来的损失。由此可见，不断开发HMI／SCADA自动化监控组态软件必将对实际的生产活动带来巨大的效益。

［1］郑连钢，徐田龙．基于OPC技术的iFIX与S7－200PLC的通讯实现［J］．自动化技术与应用，2013，32（5）：70－72．

［2］赵钢，徐杰，刘红苗．基于PLC和iFIX的小区供热锅炉控制系统［J］．自动化与仪表，2012，27（10）：38－41．

［3］李伟，张申．基于iFIX的配煤自动化设计［J］．电气传动，2008，38（3）：43－45．

［4］林丽燕．iFIX与AB PLC的通讯配置［J］．工业控制计算机，2011，24（3）：24－25．

［5］黄运生，董克冰，陈学．基于ODBC的iFIX3．0系统数据信息采集的研究［J］．湘潭师范学院学报（自然科学版）．2006，28（4）：19－22．

［6］王磊，詹惠琴．iFIX组态软件在污水处理控制系统中的应用［J］．自动化应用，2011，52（8）：6－8．

［7］郝建宏，马永光．电除尘器节电控制策略的优化［J］．华北电力技术，2010，40（1）：1－4．

［8］陈颖悟．电除尘控制系统设计与节能算法研究［D］．杭州：浙江大学，2008．

Design and Im plementation of an iFIX-based Monitoring System

TAN Jie-yu
（Institute of Electrical Engineering，Southeast University，Nanjing Jiangsu 210096，China）

To facilitate real-timemonitoring and control of the working status of the precipitator，this paper introduces amonitoring system for electrostatic precipitators based on configuration software iFIX，including integral structure of the control system，methods of data storage／reading of host computer，main interface functions，and configuration of communication with the slave computer．In view of continuously changing physical quantities in productive activity，it presents optimal controlmethods to reduce energy consumption．As proved in the experiment，the system is characterized through easy，safe and reliable operation，and the operator can easily check the running status of the system on a real-time basis and adjust control parameters at proper time according to actual needs．

electrostatic precipitator；iFIX，monitoring system；communication；interface；SQL Server

10．3969／j·issn．1000－3886．2014．04．022

TP277

A

1000－3886（2014）04－0065－03

谭洁玉（1990－），女，江苏徐州人，硕士，研究方向：电力电子与电力传动。

定稿日期：2013－10－15