基于InTouch的白酒生产监控系统设计与实现

李启民+仲梁维+曹萌

摘 要：为了及时获得蒸酒产生的优质白酒量以及采集蒸酒产生的酒头量和酒尾量，以便有效分配、利用资源，实现产量最优化，以某酒厂成品酒产量管理系统为例，研究了组态软件InTouch在成品酒生产监控中的应用。阐述了系统结构、设计原理、组态界面，研究了组态软件的关键技术，搭建了运行流畅、数据丰富、实时观察的组态监控系统。该管理系统满足信息监控及表达一体化、自动化、可视化要求，提高了管理、生产效率。

关键词：组态软件；产量监控；生产管理系统；InTouch；PLC

DOIDOI：10.11907/rjdk.171253

中图分类号：TP319

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）007-0081-03

0 引言

随着白酒工艺的进步，白酒种类的划分越来越精细。在工业4.0和大数据环境下，为获得科学的生产数据，及时将各种数据直观显示，结合白酒生产复杂、产量巨大等特点，设计了稳定可靠、经济实用的生产监控系统，同时研究了该系统的人机界面（Human Machine Interface，HMI）[1]。

人机界面是人和电脑之间传达信息的交流接口，也是监控系统和操作者之间交换信息的中介，是信息的内部形式转化为人类可接受形式的关键。

本文结合某大型白酒厂产量监控系统的人机界面交互需求，综合研究国内外工控组态软件的发展现状，考虑各种组态工控软件的优缺点，选用InTouch组态软件开发了监控系统，实现各种类型数据传递、可视化、趋势分析等功能。

1 InTouch组态软件

组态（Configure）具有配置、设定、设置等含义，通俗来说，就是用户不用编写计算机系统相应程序，通过 “搭积木”组合方法来满足软件功能需求，也可稱为“二次开发”，组态软件相对应称为“二次开发平台”。国内组态软件市场主要有：InTouch、iFIX、WinCC、组态王。InTouch组态软件为开发者提供了便捷的开发环境和多种功能，软件自身就是一个开放、可扩展的人机界面，所以InTouch组态软件在食品、制药、交通运输等行业得到广泛应用[2-3]。

组态软件功能如下：

（1）强大的界面显示功能。工控软件一般在Windows环境下运行，结合Windows完善的图形功能、美观的界面、多种功能的工具栏，操作工程师能够直接进入系统，更加高效便捷。多样化图形控件与丰富的工况图库，不仅能提供设计过程中需要的组件，还能在界面上制作向导。

（2）更好的开放性。开放性一般定义为：组态软件可以和多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性起到衡量组态软件等级的作用。组态软件向下能和低层的数据采集仪器通信，向上可和管理层连接，做到上位机和下位机的双向通信。

（3）多样化功能模块。组态软件能够提供多种控制功能，实现用户指定的测控功能与现场功能。通过丰富的功能模块，实现实时监控、报表生成、生成历史曲线、显示实时曲线、分布报警等功能。系统带有可视化的人机界面，简单易学，不仅适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，还具备远程通信能力。

（4）强大的数据库。组态软件带有实时数据库，能够存储多种类型数据，满足系统和设备通信要求。

（5）可编程的程序指令。用户可依据自己的要求编程。

（6）可靠的安全防范。不同人员分配不同管理权眼，以确保整个系统稳定运行。

（7）仿真功能。组态软件为开发者提供强大的仿真功能，系统能并行设计，以减少开发周期。

本文基于InTouch软件设计了某白酒产量管理监控系统，从系统设计原理、系统结构、实现功能、组态界面设计等方面进行研究。

2 监控系统结构与功能设计

2.1 监控系统设计原理

白酒产量监控系统包括产量监控模块、生产设备诊断模块、产量预测模块，以上多个功能模块基于.NET架构，基于C语言开发，以C/S模式嵌入到服务器端，把白酒产量数据、设备诊断结果、产量趋势发送到监控软件，在界面上显示。

白酒产量监控软件以InTouch组态软件作为基本单元，主要分为3个层次[4]：

（1） 数据源管理层。数据采集设备通过标准总线连接组态软件，把各种传感器采集到的有关数据传递到组态软件。

（2） 辅助数据管理层。前期开发监控系统，需设计多个特种接口，把分析、判断、预测软件的数据同步上传。

（3） 开发和应用层。通过由脚本语言、自定义C#组件等方法开发的组态程序，能大幅提高组态软件的可视化、操作性。

监控系统设计原理如图1所示。

2.2 监控系统组态界面设计

白酒产量监控组态界面设计成多个层次，在确保便捷性、安全性的情况下，结合白酒产量监控系统和系统结构，开发出具灵活性、针对性、层次化的组态界面，主要包含3层[5]。

（1）对象监控界面。从白酒产生站位、分等级监测点、生产线关键点，分别设计产量监控界面，对整个生产线监测点位置采集到的实时数据进行监控分析，通过颜色和动态效果等方式将白酒产量预测、报警信息生动地显示出来。

（2）功能管理界面。对白酒产量历史数据查询、生产设备故障诊断案例库、产量趋势分析、各阶段白酒产量数据导出等功能进行管理。

（3）设定报警界面。白酒劣质酒量过多、生产设备发生故障时，组态软件以直观形象、简单易懂的方式显示，通过故障诊断案例数据库能够调出匹配的诊断案例。

白酒产量监控系统组态界面如图2所示。

2.3 监控系统设计标准

某酒厂产量管理系统，采集酒头产量控制室、酒尾产量控制室、垂直单元马达控制中心、成品酒控制中心、生产设备监控中心等区域数据，并进行各阶段酒量检测、生产设备运行情况监控。系统层次结构包括仪表变频器采集层、PLC控制层、上位机监控层[6]。

（1）仪表变频器采集层。采集仪器采用DIRIS A40仪表和AB PF 700变频器。通过RS-485协议将采集到的数据实时传送到AnyBus X-Gateway AB 700工业网关。在网关中从RS-485协议转换成Modbus协议。网关通过Modbus完成与PLC控制层的通信，35台网关覆盖了整个系统，以处理酒厂产量自动化控制多种现场总线共存的问题。

（2） PLC 控制层。分别配备一台Siemens S7-400 PLC与一台Siemens MP377 Touch触摸屏，以便系统采集数据。酒量控制中心配置一套控制器以便采集产量信息。

（3）上位机监控层。光纤环网将PLC与对应的主控室连接起来，环网节点采用Siemens SCALAN-CE X 系列交换机。InTouch 作为上位机产量管理系统的HMI软件，同时配置一个存放历史数据、有2 200个标记名的Historian Server。通过主控室服务器实现数据的归档、统计分析与发布。

系统体系结构如图3所示。

3 通信与存储查询技术

3.1 InTouch与PLC通信技术

InTouch与Siemens S7-400 PLC的通信不一定通过西门子Simaticnet 软件， SIDirect- DAServer可以通过DDE、FastDDE、SuiteLink、OPC协议等方式连接InTouch[7-8]。

在白酒产量监控系统中，每一个数据采集器利用OPC、Modbus等方式把传感器的数据实时上传到相对应的数据库DASever中，组态上位机与数据库DASever相连接，依靠InTouch的访问名进行数据库更新。

在监控系统中，填写PLC地址等相关参数，同时需要设置Device Group主题名，考虑电源块单占一个槽，所以S7-400 PLC的槽号设置为2。以此类推，电源块占两个槽，S7-400 PLC的槽号设置为3。

在InTouch中配置访问名，首先保证主题名要与在SMC的Device Group 选项中配置的主题名一致，然后将PLC中数据地址与InTouch标记名关联起来，以实现InTouch和PLC之间的通信。

3.2 數据存储与查询技术

为了更加高效地存储、查询白酒产量相关数据，酒厂采用Historian Server进行数据信息管理。Historian Server是一款基于Microsoft SQL Server软件建立的实时应用系统，在数据快速采集、实时存储、同步SQL数据访问等方面具有很大优势。

该生产监控系统通过InTouch软件把标记名按照批次导入到Historian Server数据库中，以便进行数据信息管理。以“Runtime”（系统默认且不能修改）命名Historian Server数据库名称。通过以下SQL语句访问Historian Server查询存储数据：

Use Runtime

Set Nocount On

Declare @StartDate DateTime

Declare @EndDate DateTime

Set @StartDate=”2017-1-15”

Set @EndDate=GetDate（ ）

Set Nocount Off

Insert Test.dbo.Test

Select Tagname ，DateTime，Value From History Where[查询条件]

3.3 基于Excel的InTouch报表开发

通过SQL语句查询白酒产量的历史数据，将查询的数据以Excel表格呈现[9]。

（1）在配置InTouch的访问名时，对应的应用程序名输入“Excel”，主题名输入Excel的保存路径，以便系统快速检索。

（2）在建立标记名时，数据类型应选择IO型，项目名应输入R1C1（第一行第一列），项目名的命名以此类推。

（3）在数据交换更新时，需要打开项目名与之对应的Excel表格，否则无法打开项目名为“Excel”的表格。

以下SQL语言指的是制作日报表的完整语句，打印时间是00：00：00，数据报表的关键开发语句如下：

//建立和数据的连接

StrCn=”dsn=my ； server=VYHM6BWOVP0OUG ； uid=sa ； pwd=1105 ；database=report”

Sqlstr=”select datetime ， hour， a1 from report.dbo.report where datetime >=” & yesday & “00：00：00 and datetime<” & DTPicker1.Value & “00：00：00”

//执行SQL语句

Cn.open strcn

Rs.activeconnection = cn

Rs.open sqlstr，cn

Rs.movefirst

While rs.eof = false

i = rs（“Hour”）

Worksheets（1）.cells（i+3，3） = rs（“a1”）

Rs.movenext

End

Rs.movefirst

4 结语

本文从多角度研究分析了白酒产量监控系统要求，结合实际情况，基于InTouch组态软件搭建了监控管理系统。该项目经过检测试运行，突出了工控组态软件平稳高效、简单安全的特点，提高了生产效率、降低了能耗。本文研究的关键技术使用效果很好，为今后的研究、项目实践提供了参考和思路。

参考文献：

[1]霍发仁. 人机界面设计研究[D]. 武汉：武汉理工大学， 2003.

[2]杨立树. 馥郁香型白酒工艺论述[J]. 生物技术世界， 2016（3）： 94-96.

[3]段迎黎. InTouch在冶金自动化中的应用[J]. 自动化技术与应用， 2005（5）： 92-94.

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

[5]马国华. 监控组态软件及其应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2001.

[6]马正午， 周德兴. 过程可视化组态软件InTouch应用[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

[7]高素萍， 尹丽萍，徐勤. InTouch组态软件在计算机中的应用[J].计算机工程与设计，2007， 28（13）： 3273-3276.

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

[9]郭棣，刘晓军，周铭. 用Excel实现InTouch报表功能[J]. 科技创新导报，2008，5（31）：100-101.