iFIX在监控系统中的集成设计

2016-01-15陈红涛,李宏凯,冯小园

智能建筑电气技术 2015年4期

iFIX在监控系统中的集成设计

陈红涛 / 李宏凯 / 冯小园 (中国人民解放军91515部队，海南三亚 572016)

摘要组态软件广泛运用于各行各业的控制系统中，但缺乏对其统一集成技术的研究。以某工厂SCADA系统画面的制作、软件编程及调试工作为研究背景，通过实际案例研究了组态软件iFIX的统一集成技术。

关键词组态软件 iFIX OPC ODBC VBA

AbstractConfiguration software were widely used in control systems for various industries, however, unified and integrated technology research associated with configuration software was barely investigated. The integration of iFIX configuration software technology is illustrated through cases based on the background concluding the HMI production, software programming and commissioning work of a factory SCADA system.

Keywordsconfiguration software， iFIX， OPC， ODBC， VBA

0引言

组态软件是一类用于数据采集与过程控制(即SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition)的专用软件，位于自动控制系统监控层。作为用户快速构建工业自动控制监控系统的软件工具，组态软件起源于DCS，发展壮大于PLC[1]。笔者曾参与某工厂SCADA系统安装、调试工作，历时三年。拟设计建造一座紧跟时代发展的智能工厂，相关工艺及节能指标要求监测控制以下系统：

1)给排水系统：包括冷却塔、水库、排污泵、污水处理装置等。

2)供配电系统：包括自动化应急电站、变配电所、照明系统等。

3)通风空调系统：包括风阀、风机、除湿机、空调机、温湿度传感器等。

4)其他系统：如消防喷淋、空压机等。

以上硬件设备的集成设计是本文的研究重点，不难看出，各系统设备种类繁多，差异很大，但组态软件iFIX对其集成技术不外乎OPC(Object Linking and Embedding for Process Control)、ODBC(Open Database Connectivity)和VBA(Visual Basic for Applications)三种。

1OPC技术的应用

1.1概述

OPC技术，即过程控制的对象链接和嵌入，是为解决应用软件与各种设备驱动程序的通信而产生的一项工业技术规范和标准。它采用客户/服务器体系，基于Microsoft的OLE/COM技术，为硬件供应厂商和应用软件开发厂商提供了一套标准的接口[2]。OPC是一个工业标准，包括一整套接口、属性和方法的标准集，提供给用户用于过程控制和工业自动化应用。它由很多规范组成：数据访问规范Data Access、历史数据存取规范Historical Data Access、报警和事件规范Alarm & Events等。

OPC技术的实现由服务器和客户端两部分组成。服务器是实现OPC通讯技术的核心和关键，在OPC数据交换过程中起着重要作用。OPC服务器由三个对象组成：服务器对象、组对象和项对象。三者之间的组织关系如图1所示[3]。

图1　OPC服务器组织结构关系图

1)服务器对象(Server)：OPC服务器对象除负责维护服务器自身的相关信息外，还作为多个OPC组对象的包容器完成对组对象的动态创建和释放任务。一个服务器对应一个OPC Server，即一种设备的驱动程序，如MBE和S7A驱动的Channel。每个服务器对象可以包含一个或者多个组对象。

2)组对象(Group)：OPC组对象类似于Server，除处理和维护与自身相关的信息外，还作为包容器来管理和组织项对象。组对象分为公有和私有两种：公有组可供多个客户端程序共同使用，私有组只可以被一个指定的客户端程序使用，如MBE和S7A驱动的Device。

3)项对象(Item)：OPC项是读写数据的最小逻辑单位，只能指向服务器中数据的地址，而不是真正的数据源，如MBE和S7A驱动的Data Block。

1.2应用实例

工厂供水系统是OPC技术纵向集成的典型案例，其由消防应急供水、空调冷却供水、冷却塔回水三部分组成。由西门子S7-200 PLC分别控制每个供水子系统，现场使用CPU226模块，该CPU的一个通信口用于与水阀的联动使用，另一个通信口用于就地触摸屏控制使用。每个CPU附带一个EM277扩展模块，通过PROFIBUS现场总线集成到综合泵房的S7-300 PLC。综合泵房使用CPU315-2DP模块，同时附带一个CP343-1以太网通信模块，用于与上层组态软件通信。中控室的iFIX组态软件基于以太网，通过OPC接口集成现场数据。工厂的其他系统如污水处理、通风空调等也是通过图2方式集成，西门子S7-200与300系列PLC间的通信不仅能通过PROFIBUS现场总线实现，也能通过MPI协议(Multipoint Interface，多点接口)、工业以太网等技术来实现，这几种通讯方式的硬件组态配置要点和软件编程技术相似[4]。这时组态软件iFIX是OPC客户端，S7A驱动程序是OPC服务器，整个配置体现了OPC技术的C/S(Client/Server)架构模式。软件包中的Intellution.OPCIFIX也可将过程数据库数据转换成OPC服务，供其他组态软件访问读取，此时iFIX作为OPC服务器使用。

图2　工厂供水系统集成

2ODBC技术的应用

2.1概述

关系型数据库是建立在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。当前主流的关系型数据库有Oracle、Microsoft SQL Server、Sybase、MySQL和DB2等。ODBC是建立在各种数据库管理系统底层驱动程序之上的一个标准层，它对数据库的底层作了封装，允许应用程序用统一的访问数据标准SQL(Structured Query Language，结构化查询语言)，来访问数据库管理系统中的数据[5]。SQL作为关系型数据库使用的标准语言，用来检索、更新和管理数据。

iFIX借助自身的PDB和HMI组件，将现场数据采集传输到过程计算机。与工厂其他部分的连接(如MIS系统)，则由其他功能组件完成，如OLE DB和ODBC。OLE DB通讯方式在iFIX工作台上实现，而ODBC方式则是在过程数据库实现。

iFIX ODBC由SQL触发块(SQT)、SQL 数据块(SQD)、SQL任务(WSQLODC)三部分组成，组态软件iFIX中实时过程数据库和关系型数据库数据的传输过程如图3如示[6]。

图3　iFIX实时过程数据库和关系型数据库数据传输过程

市面上还有第三方应用程序，如Automation Technology公司的OpenRDA，提供较强的C/S结构关系数据库连接，可以跨平台脱离iFIX将实时数据或历史数据传输。这种方案有点类似OPC的架构方式，此程序还可以提供更多的SQL命令支持，可以在一条SQL命令中读取多个节点的数据，还支持数据分析命令如JOIN，也可以读取指定网络上的任意一个iFIX节点上的历史数据文件中的数据[7]。

2.2应用实例

工厂变电站综合自动化系统采用北京德威特电力系统自动化有限公司的DVPS-600N系列产品。DVPS-600系列分散式微机保护监控装置是专门为变电站进行成套设计、面向用户的开放式软硬件系统，分布式安装的变电所综合自动化系统。

DVPS-3000是一个按照面向对象设计方法，贯穿面向对象分析(OOA)、面向对象设计(OOD)及面向对象编程(OOP)全过程的全新的面向电力系统对象设计的电网信息管理系统平台，它包含从数据采集、数据库管理、系统管理到图形界面在内的作为支撑系统的所有功能[8]，该软件包括三个主要部分：出厂参数配置系统，所有型号的装置模版都在这两个模块里添加；装置数据采集系统，所有装置的采集配置都在这部分设置；实时数据转发及显示系统，装置采集的数据传送界面、数据转发调度和集控站在这个部分完成。这种软件架构方式与iFIX的I/O驱动、过程数据库和工作台三层架构类似。不同之处在于iFIX三层结构中均使用了OPC开放技术，而DVPS-3000是电力监控软件，使用的都是具有较强电力行业特征的规范，如CDT(Cycle Distance Transmission，循环远动规约)、101规约等。

工厂中控室实现对变电站的集成就是基于ODBC技术，德威特软件系统DVPS-3000将实时数据写在本地数据库Access中，中控室HP服务器的SQL Server 2008通过ODBC接口采集变电站的数据。iFIX提供了实时ODBC驱动FIX Dynamics RealTime Driver，通过它读取关系型数据库SQL Server的数据并写入iFIX过程数据库的标签中，其集成画面如图4所示。

图4为变电站高压变电室监控画面：两路10kV高压进线，互为备用；单母线分段，该系列微机监控产品通过CAN总线集成。低压配电室的直流屏、电流表、电度表、变压器温度控制器等则通过串口通信方式集成，采用MODBUS-RTU通信规约；通讯信息传输为异步方式并以字节为单位，采用10bit字格式，1bit起始位，8bit数据位，1bit停止位，无奇偶校验位，通讯波特率为9 600bps[9]。

图4　变电站监控图

OPC、ODBC两种技术皆是通过底层编程而实现的通信接口，其中OPC技术多用于实时数据的传输和显示，ODBC则多用于历史数据的记录和存储。

3VBA技术的应用

3.1概述

VBA是VB的子集，全称Visual Basic for Application，实际上是“寄生于”VB应用程序的一个版本。VBA和VB的区别：VB设计用于创建标准的应用程序，它具有自己的开发环境，开发出的应用程序是可执行文件(*.EXE)。而VBA是使已有的应用程序(iFIX)自动化，它开发的程序必须依赖于它的“父”应用程序(iFIX)10]。iFIX的VBA是完全内置的一个强有力编程工具，可以快速方便地生成相关操作任务和自动化解决方案，它提供了对iFIX组件和外部数据无限制的读取和扩展能力。与VBA关联的应用程序称为主应用程序，iFIX的主应用程序就是WorkSpace。Intellution Dynamics独一无二的结构极大地增强了VBA的性能和速度，而iFIX通过功能强大的VBA脚本，扩充了产品的功能，有效地建立了系统的应用扩展，使系统更为开放。

在程序设计中，每个应用程序都可以分为若干个基本组件，从而简化应用程序的开发及维护。这种以组件为基础的开发技术和堆积木有点像，用多个组件组合起来，用以帮助程序员管理软件开发持续增长的复杂性。COM是一种二进制和网络技术标准，定义了一个组件如何访问由另一个组件提供的服务。ActiveX技术建立在COM基础上，并允许组件通过一个或多个接口提供服务，这些接口是组件所说明的公共属性和方法[11]。

3.2应用实例

以工厂弱电监控系统为例，设备监控与火灾报警、安全防范系统通常相对独立运行。但是系统间需要适当的融合和联动：如中控室远程启动柴油发电机组时，考虑到人身及设备安全，需调用安全防范系统的摄像机实时图像；又如工厂车间着火时，火灾报警系统检测到该信号，通过与设备监控系统的联动，控制此区域通风空调系统停止运行。通过系统集成克服了火灾报警、安全防范等系统独立运行的缺点，消除了信息孤岛，实现了智能化工厂信息的全面共享及流通。众所周知，实时视频图像通过OPC或ODBC接口传送难度非常大甚至无法实现，而通过VBA技术封装的ActiveX控件实现则非常简单。

以中控室要实现远程启动柴油发电机组功能为例，考虑到安全因素，需编程从前端海康威视网络视频服务器获取实时图像。某工厂使用DS-6100系列产品，该设备内置WEB网页访问功能，用户可以直接通过IE浏览器进行访问，只需在IE的地址栏中输入设备IP地址，默认值为192.0.0.64，第一次访问会提示安装控件NetVideoActiveX23.CAB，完成上述操作后就可以从服务器获取视频信息。

实验台通过海康威视的视频设备获取某网站信息，效果如图5所示。

图5　iFIX基于ActiveX控件集成摄像机实时图像

在iFIX工作台中编写首次运行的脚本函数，在画面首次显示时连接网络视频服务器，代码如下：

1)登录视频服务，参数分别为IP，端口，用户名，密码

NetVideoActiveX.Login(“192.0.0.64”,8000,admin,12345)

2)启动实时播放，参数分别为通道号，连接方式，流类型

NetVideoActiveX.StartRealPlay(0,0,0)

4结束语

本文通过工程案例研究了iFIX在监控系统中的集成技术，组态软件的应用场合虽广泛，但综合来看，集成技术不外乎OPC、ODBC、VBA三种。文章结合工程内基于现场总线技术的供水系统、基于德威特DVPS-600的变电站系统、基于海康威视网络视频服务器的安防系统集成等案例来探讨上述技术。通过类比，可以看出三种集成技术的不同应用领域。其实OPC、ODBC技术都是通过底层编程实现的通信接口，可将其近似看成是VBA的特殊封装。OPC、ODBC、VBA三种集成技术可以说是异曲同工，这些集成技术不仅适用于iFIX，其他工业组态软件如西门子的WinCC也与此类似。

参考文献

[1]钟震.大型火电厂燃料输送现场总线控制系统的研究[D].浙江：浙江大学,2007.

[2]沈立. 智能建筑能源监测系统的设计与实现[D].四川：电子科技大学，2010.

[3]高昆仑.OPC通讯技术研究与应用[D].河南：郑州大学，2012.

[4]廖常初.西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京:机械工业出版社，2009.

[5]高飞.基于ODBC的iFIX工控组态软件与关系数据库通讯探讨[J].南钢科技与管理,2007,32(03)：40-42.

[6]胡静,方彦军.基于ODBC的iFIX工控组态软件与关系数据库通讯探讨[J].微计算机信息,2003,20 (02)：19-20.

[7]iFIX系统配置指南[EB/OL].百度文库,2010-12-14.

[8]金雄文.电力监控技术在高速公路中的应用[J].中国交通信息产业,2005,07 (01)：116-117.

[9]顺特变压器温控器通讯协议[EB/OL].百度文库,2012-8-20.

[10]柳青,刘渝妍,何文华.Visual Basic程序设计教程[M].北京:高等教育出版社,2004.

[11]朱前飞,高芒.COM组件和ActiveX技术在B/S体系结构中的应用[J].计算机工程与设计,2005,26(3)：654-656.