Intouch工控组态软件及其在城市污水处理厂的应用

关键词：组态软件 Intouch 监控系统 PLC 城市污水处理

1. 引言

　　在工业过程控领域，目前国际上流行的方式是在一个集成环境里，用通用硬件构成系统，软件部分则采用开放的工控组态软件。工控组态软件的任务主要有两方面：一是设备状态监视、现场数据记录、报警显示、趋势曲线绘制、打印输出等;二是根据现场的实际任务进行组态编程，对不同的工业过程实现自动控制。组态软件提供了灵活的组态工具和模块，人机交互界面好，提高了系统的成功率和可靠性，使系统功能易于实现。本文介绍了Wonderware公司的Intouch工控组态软件，并以某城市污水处理厂工程为例，阐述了该工程的系统结构、功能及Intouch7.11在该系统中的应用。

2. Intouch组态软件

　　Intouch 组态软件是创建人机界面的简便和快捷方法。Intouch7.11 可以充分利用 Microsoft Windows 的关键功能，如 ActiveX 控件、OLE 图形和网络等，创建功能强大、齐全的 Microsoft Windows 2000 和Windows NT 操作系统下 Intouch 应用程序。Intouch7.11还可以通过添加自定义ActiveX控件、向导、常规对象以及创建InTouch QuickScript等来进行充分地扩展。

　　InTouch7.11包括三个主要程序：InTouch 应用程序管理器、WindowMaker和WindowViewer。此外，InTouch 还包括诊断程序 Wonderware Logger。InTouch 应用程序管理器用于组织所创建的应用程序，也可以用于将 WindowViewer 配置成一个 NT 服务程序，为基于客户机和基于服务器的结构体系配置网络应用程序开发以及配置动态分辨率转换和分布式报警。WindowMaker 是开发环境，在这个开发环境中可以使用面向对象的图形来创建富于动画感的触控式显示窗口。这些显示窗口可以连接到工业 I/O 系统和其它 Microsoft Windows 应用程序。WindowViewer 是用于显示在 WindowMaker 中创建的图形窗口的运行时环境。WindowViewer 执行 InTouch QuickScript、执行历史数据的记录和报告、处理报警记录和报告，并且可以充当 DDE 和 SuiteLink 通讯协议的客户机和服务器。

　　InTouch7.11 的设计支持独立式和分布式两种应用程序。独立式应用程序是每个监视系统只使用一个操作员界面。独立式应用程序对网络的要求很低，甚至不需要网络，并且只需简单的维护。分布式应用程序通常包含好几层网络。典型的分布式应用程序具有一个中央开发工作站，采用集中式数据存储并且有一群与中央站相互作用的客户站，这些客户站也同时相互作用。InTouch 提供了许多功能来极大地简化分布式应用程序的建立和维护，其中最强大的功能之一是网络应用程序开发。网络应用程序开发允许多个客户站共同拥有一个应用程序的备份而不限制对这个应用程序的开发，应用程序变化时会自动向这些客户站提供通知。

3. 城市污水处理工程系统

　　3.1城市污水处理工艺流程简介

　　城市污水处理工艺流程如图1所示。城市污水处理工程的工段、设备较多，全厂几乎所有设备的启停均需要联动控制。提升泵站、剩余污泥泵站、排水泵站采用液位控制;粗细格栅采用液位差与定时结合控制;氧化沟、鼓风机房、污泥回流泵站采用溶氧及活性污泥控制。

　　3.2城市污水处理系统功能要求和系统构成

　　城市污水处理系统能对全厂的工艺过程参数、电气参数和设备运行状态进行监视、控制以及参数越限的报警、联锁。操作站能给各类人员（操作工、组态工程师、管理人员）提供监控、组态、维护的良好“人-机”界面，各类人员可以通过键盘和鼠标进行操作，操作级别可以通过键锁或口令来实现;在操作站上，应有相应画面可以供工艺操作人员操作和监视工艺过程;工程技术人员应能在工程技术人员画面上方便地进行系统的生成、用户流程图及各类图形的生成，以及各类记录、报表生成;维护人员应能够利用维护人员画面方便地进行整个系统的维护工作;报警功能;趋势功能;诊断功能;打印、记录功能;数据通讯功能;模拟屏显示等。

　　根据系统要求，充分考虑到系统的可靠性和实用性，系统硬件构成如图2所示。

　　系统现场测控站采用 Schneider 电气 Modicon TSX Quantum 系列 PLC;系统上位组态软件采用Woderware 公司 Intouch7.11，I/O Sever 采用 Modicon MODBUS Ethernet，监控计算机采用研华工控机。系统上位采用基于客户端、指向I/O数据源的本地地址的结构，每个视图节点具有自己的I/O服务器。这种结构能够提供容错操作，当网络中断时每个视图节点可以独立运行。结构如图3所示。

4. Intouch组态概况

　　4.1动态实时显示过程控制参数和系统运行状态

　　城市污水处理生产过程控制系统中所有主要仪表和运行设备以及系统运行状态等均在人机界面中得到体现。

　　本系统中，制作了粗格栅及提升泵站、细格栅及沉砂池、泥水分配井及氧化沟及鼓风机房、二沉池配水井及二沉池、排水泵站及污泥回流泵站和污泥浓缩脱水间六幅工艺流程主画面。在每幅主画面中动态显示设备运行状态、系统运行参数和仪表数值，采用点击进入的方法对各项参数、状态进行详细查看，并对设备控制方式和参数修改。采用点击进入的好处是可以设定访问级别，防止不熟练的操作员误操作，主画面简洁，单点画面清楚。在每幅主画面中还包括实时趋势，方便操作员监视系统运行状况和走势。另外，还包括趋势组画面和数据总揽画面。配置了氧化沟溶氧值、沉砂池出水流量、污泥回流流量等工厂主要数据的历史趋势，由于使用了历史趋势向导，很方便地完成了创建和配置，并且可以在运行时动态配置。

　　建立了设备管理数据库，实现对城市污水处理工程较多设备的方便管理。对所有设备采用位号方式进行实时监视，系统运行时，只需要键入位号就能进入位号所在主画面，并且弹出该设备的单点画面，系统运行中证明这种方法方便了操作员的操作。此外，在PLC中对设备运行时间进行累计，数据上传给上位机记录存储，通过HistData实用程序对设备运行时间进行查看，将选定的数据移到Microsoft Excel打印输出。

　　增加了一幅调试画面，方便现场调试和实际运行中的工艺参数调整，将某些变量设置了预置参数输入功能，进行直观的调整和整定，方便PLC软件内部参数的设置。

　　4.2报警配置

　　InTouch 使用两种通知方式来通知操作员有关过程活动的情况：报警与事件。报警是过程状态出现问题时发出的警告，要求操作人员做出响应。事件表示系统正常状态时的消息，不要求操作人员响应。城市污水处理工程工段较多，根据工段号配置了报警组，方便系统开发，便于操作员识别，报警组结构如图4所示。

　　创建了报警画面，显示报警摘要和报警历史。本系统中报警的产生机制和查询过程如图5所示。Alarm DB Logger公用程序将报警和事件记入Microsoft SQL Server。Alarm DB Purge/Archive公用程序负责配置报警数据库的清除/归档操作，并显示任何清除活动的状态。Alarm Printer打印报警信息。

　　因为Windows网络打印机和激光打印机的工作原理是将整页缓存在内存中，再将其实际打印出来，这意味着信息可能会在系统故障或掉电时丢失，因此在配置打印机时，一台选用针式打印机，用于打印报警信息，另外一台选用喷墨打印机打印报表。

　　过程变量报警期间，在设备所在任一画面中以符号闪烁和改变符号的填充颜色方式提示，设备所在工段对应主菜单对应项也以这种方式提示;过程变量报警发生后，被确认前，系统调用PlaySound函数以声音的方式提示报警的过程变量。对于系统诊断报警，显示在系统诊断画面上，如诊断出故障则也以声光报警的形式提示。

　　4.3报表设计

　　使有HistData实用程序可以对由InTouch创建的历史数据文件进行DDE动态数据交换访问，将选定的历史数据移动到请求程序，例如Microsoft Excel。

　　本系统中报表分为两种：实时报表和EXCEL可访问历史报表。实时报表分为小时、班、日、月、年报表，并由窗口可以访问，可在自动和手动打印之间转换输出，主要统计产量。统计数据由Intouch QuickScript编程产生。产生和访问过程如图6所示。

　　EXCEL可访问历史报表的形成是把历史记录文件转换成EXCEL（CSV格式）文件，此报表的访问需打开转换的EXCEL文件，主要实现历史数据的查看。HistData程序包含自己的内部数据库，实现文件转换的关键是内部数据库中的项目的正确设置，如用于指定要访问的历史数据的起始周期、持续时间和采样间隔等。系统运行时对Excel文件的访问通过系统函数FileReadFeilds实现。产生和访问过程如图7所示。

　　4.4通讯的实现

　　InTouch 使用由三部分组成的命名惯例来识别I/O服务器程序中的数据元素，这三个部分是应用程序名、主题名和项目名。要从另一应用程序取得数据，客户端程序 InTouch 需要通过指定上述三项来打开通往服务器程序的通道。本系统中工控机网卡通过工业以太网与Modicon网络模块连接，使用TCP/IP协议实现上下位之间通信。 I/O Sever 采用Modicon MODBUS Ethernet，实现Intouch和PLC之间的数据交换。

5. 结束语

　　Intouch工控组态软件方便，易用，开发自由度较大，功能较强，大大缩短了设计周期。目前，本系统已成功应用于安徽某城市污水处理厂全厂自控系统中，系统可靠性高，运行良好，具有明显得经济效益和社会效益。

参考文献

　　1、 Wonderware FactorySuite InTouch 用户指南 修订版 2001年6月 Wonderware Corporation

　　2、 易异勋 工控系统组态软件体系结构的研究 [J].基础自动化, 2000, 7（ 2） :62- 64.

　　3、 水污染治理工程/黄铭荣 胡纪萃编著。-北京：高等教育出版，1995