数据库服务器在多控制器PLC系统中的应用

郭潇，王莉艳，刘志远

（中石油独山子石化分公司热电厂，新疆克拉玛依833699）

IFIX 5.8 DATABASE是基于SQL的数据集成系统，在配置中可以将不同控制器地址进行编码，同一控制器中的数据用统一编码格式命名用以区分不同控制器的数据。

数据库：SQL（Structured Query Language:结构化查询语言）是用于管理关系数据库管理系统（RDBMS）。SQL的范围包括数据插入、查询、更新和删除，数据库模式创建和修改，以及数据访问控制。

1 数据库数据采集

由于IFix软件要和M580 PLC通讯，其I/O驱动为MBE，MBE的配置主要分三部分，分别为Channel、Device、DataBlock的配置。

Device为各个系统的名称，相当于我们水系统里的制水系统、氨区卸载输送系统、中和池水处理系统、外供泵运行操作系统，各个子系统的Device名称采用与I/O地址保持一致且以拼音首字母命名的方式进行，每个子系统的Enable打勾设置。

DataBlock为各系统设备的I/O类型如图1所示，名称用系统名称来区分，开关量2000个为一个DataBlock进行地址编排，模拟量200个为一个DataBlock进行地址编排。其中每个I/O Item所有点的扫描时间、刷新速度都需要在驱动链接内设置。按照我厂水系统控制设计需求，存在设备数量多，监控数据量大的特点，在设置Polling Setup时为保证数据及时刷新，按照这种情况我们选择I/O刷新首选率为1秒，在Primary Rate打上勾填入1，在Secondary Rate打上勾填入5:00。即为首选刷新率为1秒，次选刷新率为5分钟。访问时间Access Time打上勾填入5:00，即为整体刷新周期为5分钟。

图1 数据库OPC数据采集接口

我厂所使用的MBE驱动链接建立一个Channel，对应的Derice 按照AI、AO、DI、DO点分类进行建立，此种建立方法能够让所有的I/O点都使用同一个刷新时间。由于我厂化学仅建立一个Device,所有数据刷新速度一致，现场操作站内所有数据更新及显示均同步。后期若我厂化学系统扩建，增加凝液、煤水、循环水、加药等辅助系统，还可以对每一个系统建立专用的Channel，对应的所有内部Device内扫描时间保持一致，能确保运行监盘数据刷新及显示同步。如下图2所示：

图2 数据库OPC数据采集具体ITME点

2 组态软件的简介和划分标准

“组态（Configure）”即“配置”、“设定”、“设置”等意思，指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态”。它有时候也称为“二次开发”，组态软件就叫“二次开发平台”。

“监控（Supervisory Control）”，即“监视和控制”，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。

组态软件能够实现对自动化过程和装备的监视和控制。即就是它能从自动化过程和装备中采集各种信息，并将信息以图形化等更易于理解的方式进行显示，将重要的信息以各种手段传送给相关人员，进而对信息分析处理和存储，发出控制指令。

在我厂使用组态软件是通过上位机组态软件“iFIX5.8”完成流程图的绘制及对应测点的显示，流程图及测点完全对应现场实际，完成运行操作和监控。

监控（Supervisory Control）指我厂使用的监控通过“iFIX5.8”软件，与下位机PLC通过I/O驱动连接，将下位机实际测点通讯至上位机数据库内，并显示至相应的流程图画面上。现场所有参数通过画面、报警的方式传达给运行人员便于监盘和控制。

2.1 组态软件的结构以使用软件的工作阶段划分

简单的说是按照系统环境划分，分为上位机软件和下位机软件。我厂使用的上位机iFIX软件最新的5.8版本，下位机软件使用AB logix20.0系列，施耐德系列PLC。

下位机软件主要通过PLC系统对应的开发软件完成实际生产所需要的各类现场数据硬点的通讯，现场实际点通过对应的模块采集PLC控制器内进行运算与逻辑判断，完成逻辑判断后通过控制器再发送至对应DO或者AO模块进行逻辑控制数据，动作现场对应设备。

上位机软件通过与PLC使用专用I/O驱动将下位机控制器内所有的I/O点采集后进行显示，同时上位机对应的AO、DO也可以画面按钮手动输出至PLC控制现场设备动作。

上下位机均可以进行在线逻辑、画面的修改和组态，便于日常设备新增或者逻辑优化进行操作。

2.2 组态软件的结构按照成员构成划分

组态软件功能强大，每个功能都具有一定的独立性，是由不同作用的各项功能模块组成的集成软件平台。

按照构成包括：应用程序管理器、图形界面运行程序、I/O驱动程序、通用数据库接口（ODBC接口）组态程序、通用数据库接口（ODBC接口）运行程序、策略（控制方案）编辑组态程序、实用通讯程序组件这七部分组成。

2.2.1 应用程序管理器

是提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立新应用等功能的专用管理工具。在工程设计过程中需要不时地进行工程备份、调取和引用，应用程序管理器的作用，就是为这些操作提供了便捷。

2.2.2 图形界面开发程序

就是为直观、形象地反应系统画面，实施控制方案，使用图形编辑工具进行画面编辑的开发。建立人机交互界面,并将工程数据对应至预先设定的图形，在实际运行操作时使用。

2.2.3 图形界面运行程序

即在系统运行条件下，实现人机交互界面所提取的的指令信号发送至数据处理端。

2.2.4 实时数据库系统组态程序

人机交互界面是一个窗口，操作人员可以从界面上获取现场设备运行工况，同时根据生产需要进行操作指令的下达，这些指令和工况的数据交换处理就是由实时数据库系统组态程序实现的。

选取我院2017年7月～2018年7月收治的PPD患者66例，纳入标准：①产后女性；②产后有悲伤、抑郁、沮丧、烦躁等症状；③产后有抑郁症状或心理，渴望得到治疗。其年龄19～44岁，平均32.2岁，病程5～15 d，所有患者及家属均对本次研究知晓，并自愿签署知情同意书。随机分成观察组与对照组，各33例，两组患者年龄、病程等一般资料差异不明显，具有可比性。

2.2.5 I/O驱动程序

I/O驱动程序是控制器与远程设备之间互相交换数据，用于和I/O设备通讯的组态软件，是PLC系统中至关重要的一部分。常见的驱动程序DDE和OPC Client，是通用标准的I/O驱动程序，用于支持OPC标准、DDE标准的I/O设备通讯。多数组态软件的DDE驱动程序是被整体保存在实时数据库系统内，OPC Client则是单独存在于系统内的。

我厂使用MBE和OPC通讯，都是通过标准的通讯协议将PLC所有的数据通讯至对应额上位机数据库内进行存储并显示在流程图画面上。

2.2.6 通用数据库接口（ODBC接口）组态程序

通用数据库接口组件是用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库（如Oracle、Sybase、Foxpro、DB2、Infomix、SQL Server等） 之间数据更新的同步关联组件，可以实现两方数据的双向交换，平时通用数据库既可以读取设备的实时数据，又可以读取存储的历史数据；同样的实时数据库除能读取存储的历史数据外也可以从通用数据库读取设备的实时数据。

通用数据库接口组件是用来完成组态软件的实时数据库与通用数据库之间数据通讯。内部根据PLC内存容量，通讯方式可以设置对应的扫面时间便于更准确及时地显示实时数据。

2.2.7 策略运行程序

组态的策略目标系统程序在计算机内执行现场设备的各种数据计算、数据处理工作，同时完成实时数据库的数据更新。

实用通讯程序可以增强组态软件的多项功能，实现与多控制器的数据交换，具有以下功能：

（1）可以满足多操作员站的冗余操作，数据同步；

（2）所链接子系统的数据远程访问及传输功能；

（3）实用通讯程序多选择以太网、RS485、RS232、PSTN等工具实现网络连接，我厂使用以太网来完成多控制器之间的数据读取。

3 具体信号转换

下面我们从现场信号采集到人机交互界面全流程了解一下数据的转换过程。如下图3所示：

图3 组态软件ISR逻辑块

上图中左侧圈是现场采集信号，通过数据处理完成数据类型转换、量程设置、小信号切除，最终变成右侧圈中的仪表显示，确保真实反映出现场仪表采集信号。得到经过处理的数值后，通过第一部分数据库数据采集介绍的I/O驱动为MBE，MBE的配置主要分三部分，分别为Channel、Device、DataBlock的配置。使现场数据来到人机交互界面就是操作员站的数据库。

iFIX数据库如图4所示，在数据库中新建一个数据块，通过I/O地址与驱动器中的数据进行对应。在数据库新建的数据库中将标签名设置好，这一步完成后在人机交互界面进行调取就是通过这个标签名实现的。还可以对数据进行报警设置，工程单位转换，扫描时间定制，滤波等高级数据处理操作。最后在人机交互界面新建显示数据，链接数据库中的标签名就完成了数据的最终显示。

图4 iFIX数据库

这是其中一个人机交互界面也就是众多操作员站的其中之一。

本地节点是指操作员站或服务器直接从PLC控制器来读取和发送数据的，其配置方式是首先进入“系统配置应用”—“配置”—“本地启动”，设置“本地节点名”和“本地逻辑节点名”。此节点名可以随意设置，但后面必须调用此处设置的节点名。

要在多个操作员站显示同一人机交互界面，就需要将数据库同步到不同操作员站。但在不同操作员站同步数据过程中假如修改了其中一个数据，就会造成多个操作员站数据不同步，如何解决这个问题呢？下面我们来看看数据库服务器的应用。

4 数据库服务器

4.1 容错服务器

容错服务器是一个硬件、软件的双冗余设备，容错服务器是同时通讯和计算处理数据和输出指令的，当运行过程中出现软件故障或者硬件故障均能在勿扰动的情况下快速完成切换，确保所有控制和数据采集不中断，同时进行报警提示。以运行中容错服务器的其中一个模块为主，另一个模块进行跟踪备份。对外始终保持一个数据接口并对数据提供冗余的可靠性。

4.2 远方节点

远方节点是指操作员站是经过服务器的数据库来读取数据并进行监控的，数据是通过网络服务器传出传入再到PLC来控制的。首先进入“系统配置应用”—“配置”—“本地启动”设置“本地节点名”和“本地逻辑节点名”。此节点名可以随意设置，但不能与服务器和其他操作站同名。

可以简单的理解为多个操作员站对应一个远方节点，就是数据库服务器。保证数据在多个操作员站之间的始终同步。

4.3 多控制器的数据交互

就拿我厂的化学系统举例，化学系统分为实现制水系统、氨区系统、中和池系统、外供系统四部分。每一部分都有一台冗余控制器进行数据处理，如何将四部分分散的数据进行整合，集中处理后分发给不同操作员站进行人机交互呢？下面我们来详细说明。

图络拓扑图如上图5所示可以看出多系统控制器通过核心交换机将数据发送至服务器，各操作员站将指令发送至服务器，通过数据库将指令下发给各系统根据IP地址找到对应的控制器。

图5 网络拓扑图

5 结论

本文介绍了数据库服务器在多控制器PLC控制过程中的应用，实现了多系统的集中控制。具有数据刷新快，各系统数据同步更新，系统稳定等特点，在生产中值得我们持续拓展使用。