上位机监控技术在工业自动化改造中的应用

1引言

工业生产过程的监控技术经历了一个较长的发展阶段。对生产设备的操作最早完全依靠人在现场手动操作每台

设备,对生产状况的了解也只能靠操作者直接观察现场设备运行情况。随着自动化技术的发展,逐渐将生产的操作和监视集中到一个控制室内,利用仪器仪表和继电器,将现场的状况以电信号的形式传入控制室,通过指示灯、铃声、光字牌、显示仪表反映到仪表盘上。操作以按钮和开关的切换的方式,能进行远程操作。今天,计算机技术、网络信息技术和工业软、硬件的不断发展,出现了以上位机和下位机组成的监控系统,它能更生动、全面地反映现场信息,操作维护方便。其中,上位机有小型HMI、专用工控机、和工业PC机等种类。传统的由按钮、开关、模拟屏来操作的监控系统由于技术落后、操作不便等原因面临升级改造；以通用组态软件为开发平台,利用工业PC作为人机交互界面构成的监控系统是方案之一。本文将以韶冶热风炉自动切换系统改造项目来对此作一个介绍。

2热风炉工艺简介

热风炉是高炉系统的一部分,它是向冶炼过程中连续不间断提供一定温度热风的生产设备。热风炉的运行分燃烧、焖炉、送风三个状态；韶关冶炼厂(以下简称韶冶)共有三座热风炉,其生产状态轮流切换,采用两烧一送,保证不间断地向鼓风炉提供热风。燃烧过程通过空气与煤气以一定比例混合后在热风炉中燃烧,将热风炉中的蓄热材料(通常为耐热格子砖)加热,当热风炉达到一定温度时,结束燃烧；冷风进入热风炉,被加热成为热风后,向鼓风炉送风。

在每座热风炉的状态切换过程中,参与切换的有十个电气阀门和三个调节蝶阀,阀门的开启、关闭、开度都要按生产工艺要求顺序动作；同时还要对过程参数进行实时监控、记录历史数据,故障发生时要求有报警提示。

3上位机系统配置

此次韶冶热风炉自动切换系统的上位机部分配置如下:

PentiumⅢ戴尔工控机三台。

网络采用MODBUSPLUS现场通讯总线。

上位机通用组态软件IFIX3.0运行版三套。

其它网络组件:MB+线、屏蔽双绞线、光纤通讯线、光纤中继器、MODBUSPLUS网卡及驱动程序。

4系统原理及功能说明

4.1系统结构

根据运行要求,在系统中配置了3台上位机,其中两台位于热风炉集中控制室,具有相同功能,互为冗余,可同时监控现场生产。当其中一台发生故障后,另一台可继续监控,使生产过程不间断；系统结构如图。控制室的两台上位机同时具有工程师站和操作员站的功能,通过不同的帐户名登录系统,享有不同的操作权限。以工程师帐户名登录享有最高权限,可以进行生产操作、修改程序和参数、设置安全权限等一切操作；而操作员只能对进行基本的生产操作,不能任意退出监控画面和其它修改、设置等操作。

另一台上位机作为远程监控站,位于全厂总控制室,将现场运行数据、曲线、状态反映到总控制室。该站只限于数据的读取监视,不能进行任何对现场设备的控制操作。

每台上位机要求安装有专用的MODBUSPLUS网卡,才能与总线交换数据。上位机各站间采用MODBUSPLUS通讯协议,通讯介质为屏蔽双绞线；上位机与MODBUSPLUS总线的连接为MB+线。远程上位机站与热风炉控制室距离较远,采用光纤为传输介质,所以在光纤两端还要加中继器。控制室的上位机站与PLC构成的下位机通过屏蔽双绞线进行通讯,与现场的设备进行互联。

4.2功能说明

上位机组态软件采用IFIX3.0运行版,该通用组态软件具有丰富的功能,在该平台上经过二次开发可实现操作命令接收与处理、实时数据接收及存储、报警处理、画面显示、动态数据更新、网络通信、操作权限管理、操作记录、报表生成等

在上位机上根据现场设备的位置和工艺流程,制作了热风炉系统的主要监控画面。在主监控画面上,可以显示需要的过程参数、热风炉的当前状态和各阀门的运行情况。另外还设计了实时曲线画面、历史曲线画面、报警画面、阀门信号一览画面,各画面间可自由切换,方便浏览。在操作上,设计了手动、半自动、全自动三种运行模式。点击画面上的阀门图标弹出操作对话框,可以进行单个阀门操作。

韶冶热风炉自动切换系统的上位机中对温度、流量、压力、阀门开度等重要生产数据实时显示,并且有趋势曲线显示,对生产的情况了解更全面。相应的历史数据可被保留300天,300天以内的数据可随时可以被调出、查看；同时还对生产数据自动生成日报表,并可打印,替代手工抄表。基于事件的报警机制,当触发报警事件后,报警一览表中显示报警有关信息；重要故障还有提示窗口弹出,同时有报警铃声。

为了保证运行安全,系统设有不同登录权限,未经**的操作将被禁止。系统还有打包备份功能,将开发定型后的程序用打包备份的方式存放在安全的地方,一旦系统因意外造成系统文件受损,可以恢复备份,修复系统。

5结束语

本文详细阐述了由专用工业控制计算机、MODBUSPLUS现场总线及通用组态软件IFIX

3.0组成的热风炉自动切换系统。系统具有良好的人机交互界面,集成度高,操作直观、方便,改善了运行人员的劳动环境,提高了生产效率,并能实现工厂网络化、信息化,生产自动化水平大为提高。该系统现已成功通过调试交付使用,运行情况良好。本系统组建简单方便、功能强大,不仅适合于热风炉切换系统,亦可用于其它涉及顺序控制、过程控制的系统,具有较好的推广应用前景。