數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器在多控制器PLC系統(tǒng)中的應(yīng)用

郭瀟，王莉艷，劉志遠(yuǎn)

（中石油獨(dú)山子石化分公司熱電廠，新疆克拉瑪依833699）

IFIX 5.8 DATABASE是基于SQL的數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)，在配置中可以將不同控制器地址進(jìn)行編碼，同一控制器中的數(shù)據(jù)用統(tǒng)一編碼格式命名用以區(qū)分不同控制器的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)：SQL（Structured Query Language:結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言）是用于管理關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（RDBMS）。SQL的范圍包括數(shù)據(jù)插入、查詢(xún)、更新和刪除，數(shù)據(jù)庫(kù)模式創(chuàng)建和修改，以及數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集

由于IFix軟件要和M580 PLC通訊，其I/O驅(qū)動(dòng)為MBE，MBE的配置主要分三部分，分別為Channel、Device、DataBlock的配置。

Device為各個(gè)系統(tǒng)的名稱(chēng)，相當(dāng)于我們水系統(tǒng)里的制水系統(tǒng)、氨區(qū)卸載輸送系統(tǒng)、中和池水處理系統(tǒng)、外供泵運(yùn)行操作系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)的Device名稱(chēng)采用與I/O地址保持一致且以拼音首字母命名的方式進(jìn)行，每個(gè)子系統(tǒng)的Enable打勾設(shè)置。

DataBlock為各系統(tǒng)設(shè)備的I/O類(lèi)型如圖1所示，名稱(chēng)用系統(tǒng)名稱(chēng)來(lái)區(qū)分，開(kāi)關(guān)量2000個(gè)為一個(gè)DataBlock進(jìn)行地址編排，模擬量200個(gè)為一個(gè)DataBlock進(jìn)行地址編排。其中每個(gè)I/O Item所有點(diǎn)的掃描時(shí)間、刷新速度都需要在驅(qū)動(dòng)鏈接內(nèi)設(shè)置。按照我廠水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)需求，存在設(shè)備數(shù)量多，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，在設(shè)置Polling Setup時(shí)為保證數(shù)據(jù)及時(shí)刷新，按照這種情況我們選擇I/O刷新首選率為1秒，在Primary Rate打上勾填入1，在Secondary Rate打上勾填入5:00。即為首選刷新率為1秒，次選刷新率為5分鐘。訪問(wèn)時(shí)間Access Time打上勾填入5:00，即為整體刷新周期為5分鐘。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)OPC數(shù)據(jù)采集接口

我廠所使用的MBE驅(qū)動(dòng)鏈接建立一個(gè)Channel，對(duì)應(yīng)的Derice 按照AI、AO、DI、DO點(diǎn)分類(lèi)進(jìn)行建立，此種建立方法能夠讓所有的I/O點(diǎn)都使用同一個(gè)刷新時(shí)間。由于我廠化學(xué)僅建立一個(gè)Device,所有數(shù)據(jù)刷新速度一致，現(xiàn)場(chǎng)操作站內(nèi)所有數(shù)據(jù)更新及顯示均同步。后期若我廠化學(xué)系統(tǒng)擴(kuò)建，增加凝液、煤水、循環(huán)水、加藥等輔助系統(tǒng)，還可以對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)建立專(zhuān)用的Channel，對(duì)應(yīng)的所有內(nèi)部Device內(nèi)掃描時(shí)間保持一致，能確保運(yùn)行監(jiān)盤(pán)數(shù)據(jù)刷新及顯示同步。如下圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)OPC數(shù)據(jù)采集具體ITME點(diǎn)

2 組態(tài)軟件的簡(jiǎn)介和劃分標(biāo)準(zhǔn)

“組態(tài)（Configure）”即“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，指用戶通過(guò)類(lèi)似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱(chēng)為“二次開(kāi)發(fā)”，組態(tài)軟件就叫“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”。

“監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。

組態(tài)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)自動(dòng)化過(guò)程和裝備的監(jiān)視和控制。即就是它能從自動(dòng)化過(guò)程和裝備中采集各種信息，并將信息以圖形化等更易于理解的方式進(jìn)行顯示，將重要的信息以各種手段傳送給相關(guān)人員，進(jìn)而對(duì)信息分析處理和存儲(chǔ)，發(fā)出控制指令。

在我廠使用組態(tài)軟件是通過(guò)上位機(jī)組態(tài)軟件“iFIX5.8”完成流程圖的繪制及對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的顯示，流程圖及測(cè)點(diǎn)完全對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，完成運(yùn)行操作和監(jiān)控。

監(jiān)控（Supervisory Control）指我廠使用的監(jiān)控通過(guò)“iFIX5.8”軟件，與下位機(jī)PLC通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)連接，將下位機(jī)實(shí)際測(cè)點(diǎn)通訊至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，并顯示至相應(yīng)的流程圖畫(huà)面上。現(xiàn)場(chǎng)所有參數(shù)通過(guò)畫(huà)面、報(bào)警的方式傳達(dá)給運(yùn)行人員便于監(jiān)盤(pán)和控制。

2.1 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)以使用軟件的工作階段劃分

簡(jiǎn)單的說(shuō)是按照系統(tǒng)環(huán)境劃分，分為上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件。我廠使用的上位機(jī)iFIX軟件最新的5.8版本，下位機(jī)軟件使用AB logix20.0系列，施耐德系列PLC。

下位機(jī)軟件主要通過(guò)PLC系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)軟件完成實(shí)際生產(chǎn)所需要的各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)硬點(diǎn)的通訊，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際點(diǎn)通過(guò)對(duì)應(yīng)的模塊采集PLC控制器內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算與邏輯判斷，完成邏輯判斷后通過(guò)控制器再發(fā)送至對(duì)應(yīng)DO或者AO模塊進(jìn)行邏輯控制數(shù)據(jù)，動(dòng)作現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)設(shè)備。

上位機(jī)軟件通過(guò)與PLC使用專(zhuān)用I/O驅(qū)動(dòng)將下位機(jī)控制器內(nèi)所有的I/O點(diǎn)采集后進(jìn)行顯示，同時(shí)上位機(jī)對(duì)應(yīng)的AO、DO也可以畫(huà)面按鈕手動(dòng)輸出至PLC控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作。

上下位機(jī)均可以進(jìn)行在線邏輯、畫(huà)面的修改和組態(tài)，便于日常設(shè)備新增或者邏輯優(yōu)化進(jìn)行操作。

2.2 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)按照成員構(gòu)成劃分

組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，每個(gè)功能都具有一定的獨(dú)立性，是由不同作用的各項(xiàng)功能模塊組成的集成軟件平臺(tái)。

按照構(gòu)成包括：應(yīng)用程序管理器、圖形界面運(yùn)行程序、I/O驅(qū)動(dòng)程序、通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口（ODBC接口）組態(tài)程序、通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口（ODBC接口）運(yùn)行程序、策略（控制方案）編輯組態(tài)程序、實(shí)用通訊程序組件這七部分組成。

2.2.1 應(yīng)用程序管理器

是提供應(yīng)用程序的搜索、備份、解壓縮、建立新應(yīng)用等功能的專(zhuān)用管理工具。在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不時(shí)地進(jìn)行工程備份、調(diào)取和引用，應(yīng)用程序管理器的作用，就是為這些操作提供了便捷。

2.2.2 圖形界面開(kāi)發(fā)程序

就是為直觀、形象地反應(yīng)系統(tǒng)畫(huà)面，實(shí)施控制方案，使用圖形編輯工具進(jìn)行畫(huà)面編輯的開(kāi)發(fā)。建立人機(jī)交互界面,并將工程數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)至預(yù)先設(shè)定的圖形，在實(shí)際運(yùn)行操作時(shí)使用。

2.2.3 圖形界面運(yùn)行程序

即在系統(tǒng)運(yùn)行條件下，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面所提取的的指令信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理端。

2.2.4 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài)程序

人機(jī)交互界面是一個(gè)窗口，操作人員可以從界面上獲取現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況，同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行操作指令的下達(dá)，這些指令和工況的數(shù)據(jù)交換處理就是由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組態(tài)程序?qū)崿F(xiàn)的。

選取我院2017年7月～2018年7月收治的PPD患者66例，納入標(biāo)準(zhǔn)：①產(chǎn)后女性；②產(chǎn)后有悲傷、抑郁、沮喪、煩躁等癥狀；③產(chǎn)后有抑郁癥狀或心理，渴望得到治療。其年齡19～44歲，平均32.2歲，病程5～15 d，所有患者及家屬均對(duì)本次研究知曉，并自愿簽署知情同意書(shū)。隨機(jī)分成觀察組與對(duì)照組，各33例，兩組患者年齡、病程等一般資料差異不明顯，具有可比性。

2.2.5 I/O驅(qū)動(dòng)程序

I/O驅(qū)動(dòng)程序是控制器與遠(yuǎn)程設(shè)備之間互相交換數(shù)據(jù)，用于和I/O設(shè)備通訊的組態(tài)軟件，是PLC系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)程序DDE和OPC Client，是通用標(biāo)準(zhǔn)的I/O驅(qū)動(dòng)程序，用于支持OPC標(biāo)準(zhǔn)、DDE標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備通訊。多數(shù)組態(tài)軟件的DDE驅(qū)動(dòng)程序是被整體保存在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)內(nèi)，OPC Client則是單獨(dú)存在于系統(tǒng)內(nèi)的。

我廠使用MBE和OPC通訊，都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議將PLC所有的數(shù)據(jù)通訊至對(duì)應(yīng)額上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)并顯示在流程圖畫(huà)面上。

2.2.6 通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口（ODBC接口）組態(tài)程序

通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口組件是用來(lái)完成組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與通用數(shù)據(jù)庫(kù)（如Oracle、Sybase、Foxpro、DB2、Infomix、SQL Server等） 之間數(shù)據(jù)更新的同步關(guān)聯(lián)組件，可以實(shí)現(xiàn)兩方數(shù)據(jù)的雙向交換，平時(shí)通用數(shù)據(jù)庫(kù)既可以讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，又可以讀取存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)；同樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)除能讀取存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)外也可以從通用數(shù)據(jù)庫(kù)讀取設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

通用數(shù)據(jù)庫(kù)接口組件是用來(lái)完成組態(tài)軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與通用數(shù)據(jù)庫(kù)之間數(shù)據(jù)通訊。內(nèi)部根據(jù)PLC內(nèi)存容量，通訊方式可以設(shè)置對(duì)應(yīng)的掃面時(shí)間便于更準(zhǔn)確及時(shí)地顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

2.2.7 策略運(yùn)行程序

組態(tài)的策略目標(biāo)系統(tǒng)程序在計(jì)算機(jī)內(nèi)執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理工作，同時(shí)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)更新。

實(shí)用通訊程序可以增強(qiáng)組態(tài)軟件的多項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)與多控制器的數(shù)據(jù)交換，具有以下功能：

（1）可以滿足多操作員站的冗余操作，數(shù)據(jù)同步；

（2）所鏈接子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問(wèn)及傳輸功能；

（3）實(shí)用通訊程序多選擇以太網(wǎng)、RS485、RS232、PSTN等工具實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，我廠使用以太網(wǎng)來(lái)完成多控制器之間的數(shù)據(jù)讀取。

3 具體信號(hào)轉(zhuǎn)換

下面我們從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)采集到人機(jī)交互界面全流程了解一下數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。如下圖3所示：

圖3 組態(tài)軟件ISR邏輯塊

上圖中左側(cè)圈是現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理完成數(shù)據(jù)類(lèi)型轉(zhuǎn)換、量程設(shè)置、小信號(hào)切除，最終變成右側(cè)圈中的儀表顯示，確保真實(shí)反映出現(xiàn)場(chǎng)儀表采集信號(hào)。得到經(jīng)過(guò)處理的數(shù)值后，通過(guò)第一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)采集介紹的I/O驅(qū)動(dòng)為MBE，MBE的配置主要分三部分，分別為Channel、Device、DataBlock的配置。使現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)到人機(jī)交互界面就是操作員站的數(shù)據(jù)庫(kù)。

iFIX數(shù)據(jù)庫(kù)如圖4所示，在數(shù)據(jù)庫(kù)中新建一個(gè)數(shù)據(jù)塊，通過(guò)I/O地址與驅(qū)動(dòng)器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。在數(shù)據(jù)庫(kù)新建的數(shù)據(jù)庫(kù)中將標(biāo)簽名設(shè)置好，這一步完成后在人機(jī)交互界面進(jìn)行調(diào)取就是通過(guò)這個(gè)標(biāo)簽名實(shí)現(xiàn)的。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，工程單位轉(zhuǎn)換，掃描時(shí)間定制，濾波等高級(jí)數(shù)據(jù)處理操作。最后在人機(jī)交互界面新建顯示數(shù)據(jù)，鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)中的標(biāo)簽名就完成了數(shù)據(jù)的最終顯示。

圖4 iFIX數(shù)據(jù)庫(kù)

這是其中一個(gè)人機(jī)交互界面也就是眾多操作員站的其中之一。

本地節(jié)點(diǎn)是指操作員站或服務(wù)器直接從PLC控制器來(lái)讀取和發(fā)送數(shù)據(jù)的，其配置方式是首先進(jìn)入“系統(tǒng)配置應(yīng)用”—“配置”—“本地啟動(dòng)”，設(shè)置“本地節(jié)點(diǎn)名”和“本地邏輯節(jié)點(diǎn)名”。此節(jié)點(diǎn)名可以隨意設(shè)置，但后面必須調(diào)用此處設(shè)置的節(jié)點(diǎn)名。

要在多個(gè)操作員站顯示同一人機(jī)交互界面，就需要將數(shù)據(jù)庫(kù)同步到不同操作員站。但在不同操作員站同步數(shù)據(jù)過(guò)程中假如修改了其中一個(gè)數(shù)據(jù)，就會(huì)造成多個(gè)操作員站數(shù)據(jù)不同步，如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？下面我們來(lái)看看數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的應(yīng)用。

4 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器

4.1 容錯(cuò)服務(wù)器

容錯(cuò)服務(wù)器是一個(gè)硬件、軟件的雙冗余設(shè)備，容錯(cuò)服務(wù)器是同時(shí)通訊和計(jì)算處理數(shù)據(jù)和輸出指令的，當(dāng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)軟件故障或者硬件故障均能在勿擾動(dòng)的情況下快速完成切換，確保所有控制和數(shù)據(jù)采集不中斷，同時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。以運(yùn)行中容錯(cuò)服務(wù)器的其中一個(gè)模塊為主，另一個(gè)模塊進(jìn)行跟蹤備份。對(duì)外始終保持一個(gè)數(shù)據(jù)接口并對(duì)數(shù)據(jù)提供冗余的可靠性。

4.2 遠(yuǎn)方節(jié)點(diǎn)

遠(yuǎn)方節(jié)點(diǎn)是指操作員站是經(jīng)過(guò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行監(jiān)控的，數(shù)據(jù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器傳出傳入再到PLC來(lái)控制的。首先進(jìn)入“系統(tǒng)配置應(yīng)用”—“配置”—“本地啟動(dòng)”設(shè)置“本地節(jié)點(diǎn)名”和“本地邏輯節(jié)點(diǎn)名”。此節(jié)點(diǎn)名可以隨意設(shè)置，但不能與服務(wù)器和其他操作站同名。

可以簡(jiǎn)單的理解為多個(gè)操作員站對(duì)應(yīng)一個(gè)遠(yuǎn)方節(jié)點(diǎn)，就是數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。保證數(shù)據(jù)在多個(gè)操作員站之間的始終同步。

4.3 多控制器的數(shù)據(jù)交互

就拿我廠的化學(xué)系統(tǒng)舉例，化學(xué)系統(tǒng)分為實(shí)現(xiàn)制水系統(tǒng)、氨區(qū)系統(tǒng)、中和池系統(tǒng)、外供系統(tǒng)四部分。每一部分都有一臺(tái)冗余控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如何將四部分分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，集中處理后分發(fā)給不同操作員站進(jìn)行人機(jī)交互呢？下面我們來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。

圖絡(luò)拓?fù)鋱D如上圖5所示可以看出多系統(tǒng)控制器通過(guò)核心交換機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器，各操作員站將指令發(fā)送至服務(wù)器，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)將指令下發(fā)給各系統(tǒng)根據(jù)IP地址找到對(duì)應(yīng)的控制器。

圖5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5 結(jié)論

本文介紹了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器在多控制器PLC控制過(guò)程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)的集中控制。具有數(shù)據(jù)刷新快，各系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步更新，系統(tǒng)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在生產(chǎn)中值得我們持續(xù)拓展使用。