The application of FIX configuration software in belt band monitoring and control system
摘要：本文結合祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的設計，介紹了煤礦膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的功能、軟硬件構成,并詳細介紹了FIX組態(tài)軟件的工作原理和它在此系統(tǒng)中的應用。
關鍵詞: 監(jiān)控系統(tǒng) PLC FIX組態(tài)軟件 MPI
提供者：[URL=http://www.dingchen.com]北京東方鼎晨科技有限公司[/URL]
Abstract: According as the design of belt band monitoring and control system in QiDong coal mine underground, the paper describes the function of belt band monitoring and control system in coal mine underground and introduces the software and hardware components. The operation principle of FIX configuration software and the application of it in this system are explained in detail.
Keywords: monitoring and control system PLC FIX configuration software MPI
1、引言
隨著工業(yè)自動化控制水平的提高，每個行業(yè)的廠家都競相投入先進的生產設備以求在市場競爭中取得優(yōu)勢。煤炭行業(yè)作為一項支柱產業(yè)同樣面臨著這一挑戰(zhàn)，再加上煤礦井下生產環(huán)境十分惡劣，許多崗位不宜人工值守，監(jiān)控系統(tǒng)在該環(huán)節(jié)的投入勢在必行。膠帶運輸是煤礦生產中十分重要的環(huán)節(jié)，任何一種操作都至關重要，因此應用在監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)的性能必須成熟且可靠。皖北礦務局祁東煤礦的井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)選用了西門子PLC作為下位機，選用了比較成熟的監(jiān)控軟件FIX作為上位機軟件。本文以該系統(tǒng)為例介紹了FIX在煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)中應用。
2、項目背景
皖北祁東煤礦井下受監(jiān)控設備有：三條膠帶----東翼膠帶，中央主膠帶，西翼膠帶。各膠帶對應的儲煤倉，配倉刮板機，伺服電機。需要的監(jiān)測信號主要有：各膠帶當前運行狀態(tài)信息值，配倉刮板機的運行情況，如當前膠帶起停信息、膠帶帶速、膠帶伺服電機電流，還有一些故障信息如膠帶跑偏、堵塞、打滑等。需要的控制信號有：系統(tǒng)起車停車，單臺設備起停車，手動自動選擇，以及某些故障信號的解鎖恢復等。控制中心設在地面，配合工業(yè)電視和通信設備實現(xiàn)井下膠帶監(jiān)控。
3、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構
皖北祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構如圖1所示：
整個系統(tǒng)可分為兩層：監(jiān)控管理層和現(xiàn)場測控層，監(jiān)控管理層由兩臺本地節(jié)點的上位機和數(shù)臺遠程節(jié)點的客戶機共同組成C/S結構。本地節(jié)點的上位機配有CP5611現(xiàn)場總線接口卡，它可從Profibus-DP現(xiàn)場總線中獲取PLC等數(shù)據(jù)采集設備中的數(shù)據(jù)。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)運用了雙機冗余，將另一臺工控機通過同樣的現(xiàn)場總線接口卡CP5611與現(xiàn)場總線相連，若其中一臺工控機發(fā)生故障，另一臺可繼續(xù)運行。各客戶端工作站，亦稱為遠程節(jié)點，配有相同F(xiàn)IX監(jiān)控軟件，通過FIX監(jiān)控軟件本身的網絡特性向本地節(jié)點存取設備的數(shù)據(jù)。
現(xiàn)場測控層由PLC及其所連接的膠帶信息測控設備構成，PLC負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設備控制。本系統(tǒng)采用西門子公司300系列的PLC。CPU315-2DP集成了PROFIBUS- DP現(xiàn)場總線接口裝置。分布式I/O系統(tǒng)在現(xiàn)場運行，并采用ET200通訊模塊與PROFIBUS- DP相連接。 I/O模塊下的執(zhí)行器和傳感器連接到現(xiàn)場設備，I/O模塊按主/從模式向現(xiàn)場設備提供輸出數(shù)據(jù)并向CPU或上位機饋送輸入數(shù)據(jù)。
上位機的FIX監(jiān)控軟件采用MPI驅動程序從Profibus-DP總線上獲取PLC數(shù)據(jù)，完成設備監(jiān)測和控制。
4、監(jiān)控系統(tǒng)的軟件結構 軟件結構部分包括Windows NT 操作系統(tǒng)、下位機編程軟件、上位機監(jiān)控軟件。
4、1 下位機編程軟件 PLC程序的編制在上位機中完成，本系統(tǒng)采用SIMATIC S7-300的配套編程工具STEP7完成硬件組態(tài)、參數(shù)設置、編程、測試、調試和文檔處理。通常，用戶程序由組織塊（OB）、功能塊(FB、FC)、數(shù)據(jù)塊（DB）構成。其中，OB是系統(tǒng)操作程序與應用程序在各種條件下的接口界面，用于控制程序的運行。功能塊(FB、FC)是用戶子程序。數(shù)據(jù)塊（DB）是用戶定義的用于存取數(shù)據(jù)的存儲區(qū)，本系統(tǒng)中它是上位機監(jiān)控軟件與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口點。在MPI中配置與其相對應的DB塊就可實現(xiàn)上位機與STEP7程序的數(shù)據(jù)接口。
4、2上位機監(jiān)控軟件 FIX工控組態(tài)軟件是由美國 Intellution公司開發(fā)的基于 Windows9X&NT的大型應用軟件，它集控制技術、人機界面技術、圖形技術、數(shù)據(jù)庫技術、網絡技術于一身，包含動態(tài)顯示、報警、趨勢、控制策略、控制網絡通信等組件，提供一個友好的用戶界面，使用戶可根據(jù)實際生產需要生成相應應用軟件。
4、2、1現(xiàn)場到前置機
（1）數(shù)據(jù)采集流程：FIX運用I/O驅動程序從設備中讀寫數(shù)據(jù)，每個I/O驅動程序支持特定硬件。本系統(tǒng)硬件配置中我們采用了PROFIBUS網絡，由于PROFIBUS網絡的傳送方式同樣可用于MPI網絡，系統(tǒng)采用了MPI驅動程序從設備獲取數(shù)據(jù)。FIX組態(tài)軟件首先通過MPI驅動程序軟件接口從現(xiàn)場的過程硬件中獲取數(shù)據(jù)，存入 DIT驅動程序映像表中 (驅動程序映像表在系統(tǒng)運行時實際上是一塊內存區(qū) )，F(xiàn)IX的內部數(shù)據(jù)庫(PDB)通過 SAC程序從DIT表中獲取它所需的數(shù)據(jù)，應用軟件 (如 FIX的畫面運行程序、報表生成程序等 )都通過內部數(shù)據(jù)庫訪問軟件從 FIX內部數(shù)據(jù)庫中獲取來自過程硬件的信息，這樣就可以實現(xiàn)在工業(yè)流程畫面上動態(tài)地顯示現(xiàn)場各過程硬件的運行狀態(tài)，數(shù)據(jù)也可以按相反的順序寫回現(xiàn)場過程硬件，執(zhí)行控制操作。結構如圖2所示。
(2) MPI配置： MPI驅動程序的應用中很重要的問題是STEP7和FIX的地址轉換問題，在STEP7中設置的DB塊應與MPI的DB塊相對應，這需要在MPI配置中實現(xiàn)。對MPI進行配置，包括通道、設備、起始地址及其它一些參數(shù)，令MPI的DB塊與STEP7中設置的DB塊相對應。此外，在對MPI進行配置表中地址（ADDRESS）一項中所填的數(shù)字必須小于等于在S7軟件配置中分配DB區(qū)所給定的數(shù)字，否則將導致通訊不成功。例如圖3中ADDRESS為12，則在S7的DB配置中必須大于等于12。配置好MPI后在FIX數(shù)據(jù)庫塊的地址欄中輸入MPI地址作為I/O地址，那么數(shù)據(jù)就可根據(jù)數(shù)據(jù)塊的掃描時間的設置按時間或事件進行刷新。
4、2、2 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)
FIX數(shù)據(jù)庫是由若干塊組成，塊是具有下列某些或全部功能的獨立單位：
· 從其它塊或直接從驅動器映像表接收數(shù)據(jù)
· 按指令對數(shù)據(jù)進行操作
· 將數(shù)值輸出到驅動器映像表。
FIX軟件提供了不同類型的塊，每個塊完成唯一的功能。FIX有兩種標準類型塊，初級塊和輔助塊。初級塊可以從驅動器映像表接收數(shù)據(jù)并產生報警信息，通常初級塊和一個或多個I/O硬件相連。輔助塊從上游塊或初級塊接受數(shù)據(jù)并完成一個特定功能。
把塊放到一定位置并連接起來就構成了鏈。鏈完成取數(shù)據(jù)和控制功能，根據(jù)完成的任務不同，鏈的設計也不同。通常，是用某種初級塊（如模擬量輸入或數(shù)字量輸入）從驅動器映像表中接收數(shù)據(jù)，用輔助塊完成功能設計，再用某種初級塊（如模擬量輸出或數(shù)字量輸出）將數(shù)據(jù)寫入驅動器映像表中。圖4說明了數(shù)據(jù)鏈的設計。
4、2、3 圖形界面開發(fā)程序
圖形界面開發(fā)程序由 畫面編輯應用程序（Draw）和畫面顯示應用程序（View）組成。 畫面編輯應用程序提供需要制作實時畫面的所有功能，如圖形、文字、數(shù)據(jù)、動畫和圖表工具，用戶可根據(jù)實際生產需要進行畫面組織。畫面顯示給用戶提供命令與圖建立聯(lián)系，用戶可使用各種各樣的方法進行畫面的操作。本系統(tǒng)中開發(fā)的主要畫面有：
（1）狀態(tài)顯示畫面
如圖5所示，狀態(tài)顯示畫面主要顯示各膠帶當前運行狀態(tài)信息值，如當前膠帶帶速、儲煤倉的倉位以及一些故障信息，如膠帶跑偏、堵塞、打滑等，并可用不同的顏色來表示當前狀態(tài)為正常還是異常。
在該畫面中還包含單臺設備控制子畫面。盡管系統(tǒng)起停關系已經在STEP7中進行組態(tài)編程，但是在某些情況下還需要對設備進行單臺控制。如圖5所示，在畫面中點擊相應設備按鈕就可對該設備進行單獨控制。數(shù)據(jù)被寫回到現(xiàn)場過程硬件中從而進行控制操作。
（2）實時報警處理
對系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進行判斷，發(fā)出報警信號，并按技術要求進行處理并自動進行相應的設備控制，如對膠帶故障信號的解鎖及其恢復等。
（3）報表打印
利用FIX的DDE功能開發(fā)出實時報表并具有隨時打印功能。
（4）實時數(shù)據(jù)曲線顯示 監(jiān)視設備重要參數(shù)的變化趨勢曲線，從而可以了解設備在一段時間的運行狀況。
（5）歷史趨勢畫面。 功能與實時數(shù)據(jù)曲線類似，只是它顯示的是過去一段時間設備的運行參數(shù)值
4、2、4 網絡功能
（1）局域網絡功能
利用 Windows98&NT的撥號網絡和FIX組態(tài)軟件本身提供的網絡功能，可以把現(xiàn)場過程硬件的運行情況傳到遠程的監(jiān)控管理層的客戶機上，使監(jiān)控管理層的客戶機能像運行本地計算機一樣享有遠程工業(yè)計算機的資源，及時了解遠程工業(yè)現(xiàn)場的運行情況。
FIX通過把PC連網實現(xiàn)分布式處理。FIX目前支持Net BIOS和TCP/IP接口進行點到點通信。FIX的局域網組合是非常簡單的，具體為：以太局域網中兩臺計算機運行帶KEY的fix，安裝時選擇網絡版，其中fix的節(jié)點名必須和局域網中的計算機名一致，另外，在SCU的網絡設置中應選擇TCP/IP協(xié)議，在remote nodes中添加彼此的節(jié)點名。在運行任務中最好加上NETDIAG.EXE程序（在fix安裝的根目錄下）。這樣在彼此的數(shù)據(jù)庫可以看到對方的數(shù)據(jù)表，在畫面中數(shù)據(jù)引用也可以看到對方node中的tag。 管理人員根據(jù)本地節(jié)點送上來的信息進行生產統(tǒng)計、報表分析、經濟效益分析、做出生產和經營決策。
（2）互聯(lián)網：為了提高企業(yè)的市場競爭力，向社會宣傳企業(yè)生產能力、產品、組織機構、供求行情等信息，應在Internet網把信息傳播到全國、全世界 ,最大限度地宣傳企業(yè)自身形象。FIX組態(tài)軟件支持ODBC數(shù)據(jù)庫，允許關系數(shù)據(jù)庫和FIX數(shù)據(jù)庫的通信。通過ODBC標準把數(shù)據(jù)寫入SQL server中并可在網上發(fā)布相應數(shù)據(jù)信息。
下面描述通過SQL命令建立與SQL Server的通信的步驟：
（1）建立一個SQL Server數(shù)據(jù)源，假定命名為db1，同時，還要在同一個關系數(shù)據(jù)庫中建立SQL命令表和SQL錯誤記錄，分別用來存儲SQL命令和SQL錯誤記錄。
（2）在數(shù)據(jù)源(ODBC)中配置添加SQL Server驅動器,導入數(shù)據(jù)源db1.
（3）在FIX組態(tài)軟件的系統(tǒng)配置（SCU）中，選擇圖標，SQL賬戶對話框出現(xiàn)，選擇數(shù)據(jù)類型為SQL Server數(shù)據(jù)庫。填寫數(shù)據(jù)庫標識db1.
（4）FIX數(shù)據(jù)庫中有兩個數(shù)據(jù)塊用來處理關系數(shù)據(jù)庫的，它們分別是SQL觸發(fā)塊(SQT)和SQL數(shù)據(jù)塊(SQD)，這兩個塊連在一起可以構成一個數(shù)據(jù)鏈。簡單的數(shù)據(jù)鏈如圖6所示：
SQL觸發(fā)塊定義了FIX和關系數(shù)據(jù)庫的接口。主要用它來定義處理過程數(shù)據(jù)時使用SQL數(shù)據(jù)庫的哪一條SQL命令。在SQL Name中輸入SQLLIB的sqlname，并填入數(shù)據(jù)源名，如圖7所示。
SQL數(shù)據(jù)塊（SQD）識別從FIX數(shù)據(jù)庫的什么地方采集數(shù)據(jù)，傳送到關系數(shù)據(jù)庫中，或從關系數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳送到FIX數(shù)據(jù)庫的什么地方。它與SQT塊相結合執(zhí)行SQL命令，SQL數(shù)據(jù)塊配置表如圖8所示。
這樣FIX就完成了采集數(shù)據(jù)向關系數(shù)據(jù)庫的轉變。方便的實現(xiàn)了與因特網的連接。
5 結束語：皖北礦務局祁東煤礦井下膠帶監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)已投入運行，并取得了良好的經濟效益。
參考文獻：
1FIX中文資料。
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7黃靜雯， 煤礦膠帶監(jiān)控系統(tǒng)的設計，微計算機信息,已錄用。
作者簡介：黃靜雯（1978年），女，2000年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，現(xiàn)為中國礦業(yè)大學碩士研究生，主要從事監(jiān)測監(jiān)控方面的研究。
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