基于InTouch的白酒生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李啟民+仲梁維+曹萌

摘 要：為了及時獲得蒸酒產(chǎn)生的優(yōu)質(zhì)白酒量以及采集蒸酒產(chǎn)生的酒頭量和酒尾量，以便有效分配、利用資源，實現(xiàn)產(chǎn)量最優(yōu)化，以某酒廠成品酒產(chǎn)量管理系統(tǒng)為例，研究了組態(tài)軟件InTouch在成品酒生產(chǎn)監(jiān)控中的應(yīng)用。闡述了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)計原理、組態(tài)界面，研究了組態(tài)軟件的關(guān)鍵技術(shù)，搭建了運行流暢、數(shù)據(jù)豐富、實時觀察的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)滿足信息監(jiān)控及表達(dá)一體化、自動化、可視化要求，提高了管理、生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；產(chǎn)量監(jiān)控；生產(chǎn)管理系統(tǒng)；InTouch；PLC

DOIDOI：10.11907/rjdk.171253

中圖分類號：TP319

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2017）007-0081-03

0 引言

隨著白酒工藝的進(jìn)步，白酒種類的劃分越來越精細(xì)。在工業(yè)4.0和大數(shù)據(jù)環(huán)境下，為獲得科學(xué)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，及時將各種數(shù)據(jù)直觀顯示，結(jié)合白酒生產(chǎn)復(fù)雜、產(chǎn)量巨大等特點，設(shè)計了穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟(jì)實用的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，同時研究了該系統(tǒng)的人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI）[1]。

人機(jī)界面是人和電腦之間傳達(dá)信息的交流接口，也是監(jiān)控系統(tǒng)和操作者之間交換信息的中介，是信息的內(nèi)部形式轉(zhuǎn)化為人類可接受形式的關(guān)鍵。

本文結(jié)合某大型白酒廠產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)界面交互需求，綜合研究國內(nèi)外工控組態(tài)軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，考慮各種組態(tài)工控軟件的優(yōu)缺點，選用InTouch組態(tài)軟件開發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)傳遞、可視化、趨勢分析等功能。

1 InTouch組態(tài)軟件

組態(tài)（Configure）具有配置、設(shè)定、設(shè)置等含義，通俗來說，就是用戶不用編寫計算機(jī)系統(tǒng)相應(yīng)程序，通過 “搭積木”組合方法來滿足軟件功能需求，也可稱為“二次開發(fā)”，組態(tài)軟件相對應(yīng)稱為“二次開發(fā)平臺”。國內(nèi)組態(tài)軟件市場主要有：InTouch、iFIX、WinCC、組態(tài)王。InTouch組態(tài)軟件為開發(fā)者提供了便捷的開發(fā)環(huán)境和多種功能，軟件自身就是一個開放、可擴(kuò)展的人機(jī)界面，所以InTouch組態(tài)軟件在食品、制藥、交通運輸?shù)刃袠I(yè)得到廣泛應(yīng)用[2-3]。

組態(tài)軟件功能如下：

（1）強(qiáng)大的界面顯示功能。工控軟件一般在Windows環(huán)境下運行，結(jié)合Windows完善的圖形功能、美觀的界面、多種功能的工具欄，操作工程師能夠直接進(jìn)入系統(tǒng)，更加高效便捷。多樣化圖形控件與豐富的工況圖庫，不僅能提供設(shè)計過程中需要的組件，還能在界面上制作向?qū)А?/p>

（2）更好的開放性。開放性一般定義為：組態(tài)軟件可以和多種通信協(xié)議互聯(lián)，支持多種硬件設(shè)備。開放性起到衡量組態(tài)軟件等級的作用。組態(tài)軟件向下能和低層的數(shù)據(jù)采集儀器通信，向上可和管理層連接，做到上位機(jī)和下位機(jī)的雙向通信。

（3）多樣化功能模塊。組態(tài)軟件能夠提供多種控制功能，實現(xiàn)用戶指定的測控功能與現(xiàn)場功能。通過豐富的功能模塊，實現(xiàn)實時監(jiān)控、報表生成、生成歷史曲線、顯示實時曲線、分布報警等功能。系統(tǒng)帶有可視化的人機(jī)界面，簡單易學(xué)，不僅適用于單機(jī)集中式控制、DCS分布式控制，還具備遠(yuǎn)程通信能力。

（4）強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫。組態(tài)軟件帶有實時數(shù)據(jù)庫，能夠存儲多種類型數(shù)據(jù)，滿足系統(tǒng)和設(shè)備通信要求。

（5）可編程的程序指令。用戶可依據(jù)自己的要求編程。

（6）可靠的安全防范。不同人員分配不同管理權(quán)眼，以確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

（7）仿真功能。組態(tài)軟件為開發(fā)者提供強(qiáng)大的仿真功能，系統(tǒng)能并行設(shè)計，以減少開發(fā)周期。

本文基于InTouch軟件設(shè)計了某白酒產(chǎn)量管理監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)功能、組態(tài)界面設(shè)計等方面進(jìn)行研究。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理

白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)包括產(chǎn)量監(jiān)控模塊、生產(chǎn)設(shè)備診斷模塊、產(chǎn)量預(yù)測模塊，以上多個功能模塊基于.NET架構(gòu)，基于C語言開發(fā)，以C/S模式嵌入到服務(wù)器端，把白酒產(chǎn)量數(shù)據(jù)、設(shè)備診斷結(jié)果、產(chǎn)量趨勢發(fā)送到監(jiān)控軟件，在界面上顯示。

白酒產(chǎn)量監(jiān)控軟件以InTouch組態(tài)軟件作為基本單元，主要分為3個層次[4]：

（1） 數(shù)據(jù)源管理層。數(shù)據(jù)采集設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)總線連接組態(tài)軟件，把各種傳感器采集到的有關(guān)數(shù)據(jù)傳遞到組態(tài)軟件。

（2） 輔助數(shù)據(jù)管理層。前期開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)，需設(shè)計多個特種接口，把分析、判斷、預(yù)測軟件的數(shù)據(jù)同步上傳。

（3） 開發(fā)和應(yīng)用層。通過由腳本語言、自定義C#組件等方法開發(fā)的組態(tài)程序，能大幅提高組態(tài)軟件的可視化、操作性。

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原理如圖1所示。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面設(shè)計

白酒產(chǎn)量監(jiān)控組態(tài)界面設(shè)計成多個層次，在確保便捷性、安全性的情況下，結(jié)合白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，開發(fā)出具靈活性、針對性、層次化的組態(tài)界面，主要包含3層[5]。

（1）對象監(jiān)控界面。從白酒產(chǎn)生站位、分等級監(jiān)測點、生產(chǎn)線關(guān)鍵點，分別設(shè)計產(chǎn)量監(jiān)控界面，對整個生產(chǎn)線監(jiān)測點位置采集到的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析，通過顏色和動態(tài)效果等方式將白酒產(chǎn)量預(yù)測、報警信息生動地顯示出來。

（2）功能管理界面。對白酒產(chǎn)量歷史數(shù)據(jù)查詢、生產(chǎn)設(shè)備故障診斷案例庫、產(chǎn)量趨勢分析、各階段白酒產(chǎn)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出等功能進(jìn)行管理。

（3）設(shè)定報警界面。白酒劣質(zhì)酒量過多、生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時，組態(tài)軟件以直觀形象、簡單易懂的方式顯示，通過故障診斷案例數(shù)據(jù)庫能夠調(diào)出匹配的診斷案例。

白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)界面如圖2所示。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

某酒廠產(chǎn)量管理系統(tǒng)，采集酒頭產(chǎn)量控制室、酒尾產(chǎn)量控制室、垂直單元馬達(dá)控制中心、成品酒控制中心、生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控中心等區(qū)域數(shù)據(jù)，并進(jìn)行各階段酒量檢測、生產(chǎn)設(shè)備運行情況監(jiān)控。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)包括儀表變頻器采集層、PLC控制層、上位機(jī)監(jiān)控層[6]。

（1）儀表變頻器采集層。采集儀器采用DIRIS A40儀表和AB PF 700變頻器。通過RS-485協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)實時傳送到AnyBus X-Gateway AB 700工業(yè)網(wǎng)關(guān)。在網(wǎng)關(guān)中從RS-485協(xié)議轉(zhuǎn)換成Modbus協(xié)議。網(wǎng)關(guān)通過Modbus完成與PLC控制層的通信，35臺網(wǎng)關(guān)覆蓋了整個系統(tǒng)，以處理酒廠產(chǎn)量自動化控制多種現(xiàn)場總線共存的問題。

（2） PLC 控制層。分別配備一臺Siemens S7-400 PLC與一臺Siemens MP377 Touch觸摸屏，以便系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)。酒量控制中心配置一套控制器以便采集產(chǎn)量信息。

（3）上位機(jī)監(jiān)控層。光纖環(huán)網(wǎng)將PLC與對應(yīng)的主控室連接起來，環(huán)網(wǎng)節(jié)點采用Siemens SCALAN-CE X 系列交換機(jī)。InTouch 作為上位機(jī)產(chǎn)量管理系統(tǒng)的HMI軟件，同時配置一個存放歷史數(shù)據(jù)、有2 200個標(biāo)記名的Historian Server。通過主控室服務(wù)器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的歸檔、統(tǒng)計分析與發(fā)布。

系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 通信與存儲查詢技術(shù)

3.1 InTouch與PLC通信技術(shù)

InTouch與Siemens S7-400 PLC的通信不一定通過西門子Simaticnet 軟件， SIDirect- DAServer可以通過DDE、FastDDE、SuiteLink、OPC協(xié)議等方式連接InTouch[7-8]。

在白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)中，每一個數(shù)據(jù)采集器利用OPC、Modbus等方式把傳感器的數(shù)據(jù)實時上傳到相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫DASever中，組態(tài)上位機(jī)與數(shù)據(jù)庫DASever相連接，依靠InTouch的訪問名進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新。

在監(jiān)控系統(tǒng)中，填寫PLC地址等相關(guān)參數(shù)，同時需要設(shè)置Device Group主題名，考慮電源塊單占一個槽，所以S7-400 PLC的槽號設(shè)置為2。以此類推，電源塊占兩個槽，S7-400 PLC的槽號設(shè)置為3。

在InTouch中配置訪問名，首先保證主題名要與在SMC的Device Group 選項中配置的主題名一致，然后將PLC中數(shù)據(jù)地址與InTouch標(biāo)記名關(guān)聯(lián)起來，以實現(xiàn)InTouch和PLC之間的通信。

3.2 數(shù)據(jù)存儲與查詢技術(shù)

為了更加高效地存儲、查詢白酒產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)，酒廠采用Historian Server進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理。Historian Server是一款基于Microsoft SQL Server軟件建立的實時應(yīng)用系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)快速采集、實時存儲、同步SQL數(shù)據(jù)訪問等方面具有很大優(yōu)勢。

該生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)通過InTouch軟件把標(biāo)記名按照批次導(dǎo)入到Historian Server數(shù)據(jù)庫中，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)信息管理。以“Runtime”（系統(tǒng)默認(rèn)且不能修改）命名Historian Server數(shù)據(jù)庫名稱。通過以下SQL語句訪問Historian Server查詢存儲數(shù)據(jù)：

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[查詢條件]

3.3 基于Excel的InTouch報表開發(fā)

通過SQL語句查詢白酒產(chǎn)量的歷史數(shù)據(jù)，將查詢的數(shù)據(jù)以Excel表格呈現(xiàn)[9]。

（1）在配置InTouch的訪問名時，對應(yīng)的應(yīng)用程序名輸入“Excel”，主題名輸入Excel的保存路徑，以便系統(tǒng)快速檢索。

（2）在建立標(biāo)記名時，數(shù)據(jù)類型應(yīng)選擇IO型，項目名應(yīng)輸入R1C1（第一行第一列），項目名的命名以此類推。

（3）在數(shù)據(jù)交換更新時，需要打開項目名與之對應(yīng)的Excel表格，否則無法打開項目名為“Excel”的表格。

以下SQL語言指的是制作日報表的完整語句，打印時間是00：00：00，數(shù)據(jù)報表的關(guān)鍵開發(fā)語句如下：

//建立和數(shù)據(jù)的連接

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”

//執(zhí)行SQL語句

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 結(jié)語

本文從多角度研究分析了白酒產(chǎn)量監(jiān)控系統(tǒng)要求，結(jié)合實際情況，基于InTouch組態(tài)軟件搭建了監(jiān)控管理系統(tǒng)。該項目經(jīng)過檢測試運行，突出了工控組態(tài)軟件平穩(wěn)高效、簡單安全的特點，提高了生產(chǎn)效率、降低了能耗。本文研究的關(guān)鍵技術(shù)使用效果很好，為今后的研究、項目實踐提供了參考和思路。

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