基于iFix和OPC技術的分布式設備數據采集及監控系統
 
某單位采用了基于iFix環境和OPC（OLE For ProcessControl）標準接口的分布式設備數據采集及監控系統，該系統已配合客戶完成了近百項高、低溫試驗任務，系統累計運行超過7000h，對節能減排、降低工況現場噪聲污染對人體的損害、提高工作效率、優化工作方法等發揮著十分重要的作用。
一、數據采集及監控系統的組成及設計功能
1.數據采集及監控系統的組成數據采集及監控系統的組成如圖1所示，其中保溫工房用于存放多臺高低溫試驗箱， 是試樣的試驗場所；供水中心用于提供低溫試驗箱所需的冷卻循環水，通過供水管道將冷卻水輸送給保溫工房的試驗箱；監控室內主要設備有監控計算機、分屏卡、大屏幕顯示器、交換機、DVR計算機、打印機等。 分屏卡的作用是將顯示屏一分為三， 但每個顯示器的分辨率仍保持原有的分辨率，也就是說，在單個顯示器分辨率不變的情況下，整個系統的像素增加了3倍，且各個顯示器可顯示不同的信息。
2.數據采集及監控系統的設計和功能
基于iFix和OPC技術的分布式設備數據采集及監控系統，采用雙層控制結構設計：層為現場層,主要分布在保溫工房和供水中心，該層直接訪問現場分布式設備的傳感器及其接口，完成試驗系統中數字信號的采集及控制信號的輸出。試驗現場存在壓力、溫度等各種傳感器，其數據輸出形式有模擬量、開關量、RS232/485串口輸出，對于現場的數據采集選用控制節點和串口節點兩類智能節點，控制節點由以太網耦合器及配套模塊（如模擬量模塊
ADAM-6017、數字量模塊ADAM6060及熱電偶模塊）組成，主要用于采集現場的壓力、冷卻水液位、冷卻水壓力及液位等參數，其中，模塊與耦合器之間采用MODUBUS協議，耦合器與外部的通信采用MODBUS/TCP協議實現；串口節點采用MOXA公司提供的串口轉以太網服務器NPORT5150，借此提高了計算機訪問串口的能力，擴展了現場串口設備的訪問數量，并大大突破了串口通信15m的有效距離，進而實現了計算機對現場設備的遠程控制。
 
 
 
 
     保溫工房有3個裝配IPC500溫度控制器的低溫試驗箱，它們通過各自的串口輸出溫度信號，有兩個裝配IPC1000溫濕度控制器的高溫試驗箱，它們通過各自的串口輸出溫度和濕度信號，現場配備5個MOXA串口轉換器，串口端分接于5個試驗箱體的IPC控制器，網口端通過以太網交換機實現與主控計算機的數據通信。第二層為控制及信息展示層， 這是整個數據采集及監控系統的核心所在，分布于監控室，由工業控制計算機完成主控，其結構與功能框架如圖2所示。
 
 
    控制及信息展示層的主要功能是將采集到的現場層的數據進行邏輯運算、分析、處理并以圖形界面、報表、動畫及數字錄像、聲、光、語音報警等方式輸出，同時完成對現場層設備的回饋控制， 該層采用OPC技術實現該層與現場層的通信，并將信息處理結果交由iFix
組態開發系統實現信息的輸出。
二、數據采集及監控系統的程序開發
1.iFix的引入    作為Intellution自動化軟件中基于Windows的HMI/SCADA組件，iFix是基于開放的和組件技術的產品，專為工業應用提供易于集成和協同工作的設計環境。 它
的功能結構特點是能夠縮短系統升級和維護的時間，可以與第三方應用程序無縫集成。它提供了監視管理、報警和控制功能、數據集成功能和分布式網絡結構，具有監視控制生產過程的窗口，提供了開發操作員熟悉畫面所需要的所有工具。
●數據采集
數據采集是指從設備底層獲得數據并將它們轉化為可用數據形式的能力。數據同樣可以寫入底層設備，從而確立了控制和應用軟件需要的雙向鏈接。
●數據管理
一旦得到數據， 將根據軟件應用的需要對它們進行處理、引導,這個過程被稱為數據管理。
●數據集成
完全的數據集成處于所有Intellution軟件的核心地位，它是iFix開發的固有部分。
●HMI和SCADA
傳統的控制室使用的操作面板被運行軟件的計算機和圖形顯示器所代替。 計算機提供了許多與控制室同樣的功能，包括監視、報警、控制及管理。
●報表功能
iFix具有創建報表和處理信息的能力。系統中任何數據點都能以操作員規定的刷新率采樣并
保存在數據文件中。
 
●開放式結構
iFix提供了一套Visual Basic語言函數，可以對系統中任意數據點進行讀寫訪問。 iFix系統的開放式結構為工程師編寫程序解決特殊的自動化問題提供了方便。 iFix的功能結構如圖3所示。
 
     IFix采集實時數據的過程如下：首先，I/O驅動程序軟件從I/O設備中讀取數據并把
數據傳入驅動程序映射表（DIT Driver Image Table）的地址中然后，掃描、報警、控制（SAC）程序從DIT中讀數據，并將處理后的數據傳輸到過程數據庫中。最后，內部數據庫訪問功能從本地或遠程的數據庫讀取數據，并將這些數據傳輸至請示的應用程序中去。
2.OPC的引入
    在本系統中，5臺保溫箱的IPC1000（IPC500）可編程溫/濕度控制器通過串口線連接到Moxa串口設備聯網服務器上，再通過以太網交換機與5類電纜線直接連接到監控計算機上。為解決iFix軟件平臺與上述設備的數據獲取、轉換問題，系統大量使用了OPC技術，在iFix
軟件平臺與各類型現場設備間搭起了數據采集、傳輸、控制的橋梁與紐帶。OPC是工控行業的軟件接口標準， 它主要用來解決按照標準的方法完成軟件或設備之間數據交換的問
題。
OPC基于微軟的COM技術具有如下優點：
●由于采用了Windows底層的COM技術，充分保證了數據傳輸的效率。
●基于DCOM（分布式COM技術）保證了系統的分布式特性。
●統一的接口標準簡化了軟件的開發流程并減少了系統維護的費用。
●充分的開放性和標準化特性， 保證高度柔韌性系統的實現。
●基于Windows系統最底層技術，保證服務器系統的高度可靠性。
●支持OPC Foundation DA 1.0-3.0規范。
3.底層驅動程序開發
   MBE及MB1驅動：在集中監控系統中，為了能實時獲取制冷機的工作狀態， 每臺低溫箱都安裝了6個遠傳壓力變送器和2個監測制冷系統蒸發溫度的鉑電阻溫度變送器，將現場信號轉換成電壓信號后由ADAM數據采集模塊采集、轉換成數字信號后，以TCP/IP數包格式經以太網送入主控室。 在循環冷卻水處理分系統中，通過S7－200 PLC控制器采集各現場傳感器的信號，并對冷卻塔風機、循環水泵、變頻恒壓供水系統等進行控制，再將數據經RS-485總線傳送到監控計算機。為實現監控計算機與上述硬件設備的數據互聯，首先需要解決與不同接口類型設備通信的問題。 經比較、選擇，本系統采用了基于Modbus通信協議的技術方案。Modbus通信協議是Modicon公司提出的一種報文傳輸協議，在工業控制中有著廣泛的應用，已經成為一種國際通用的工業標準。 iFix支持Modbus的兩種通信
協議：Modbus-RTU（串行接口方式）、Modbus-TCP（以太網方式）。 iFix支持上述通信協議的驅動庫分別為MB1和MBE。 只要安裝并在MB1、MBE驅動工具中正確地配置有關的參數，iFix即可以很方便地實現與ADAM數據采集模塊、S7－200PLC的數據通信。本系統在iFix中通過MBE軟件接口，實現了ADAM數據采集模塊（ADAM-6017、ADAM-6060）與監控軟件的數據鏈接； 通過MB1軟件接口， 實現了與S7－200PLC與監控軟件的數據鏈接。現場設備（ADAM模塊）要通過網絡接口按MOD-BUS/TCP通信協議規范與監控計算機建立數據鏈接，首先應在iFix軟件中進行SCADA組態； 并根據已鏈接模塊的網絡配置在MBE中進行IP地址和通信速率的設置。而使用MB1驅動程序時， 同樣需要先進行SCADA組態，并且進行網卡配置和設備地址定義。
具體操作步驟如下：設置I/O前端；在iFix的當前運行項目下定義計算機的通信口；定義連接的外部設備；定義每個I/O通道對應的變量地址及工況參數；定義變量的動畫鏈接等。
RS232串口通信協議：主控計算機與串口設備之間的信息交換需遵循設備（如IPC1000/500溫、濕度控制儀器）的通信協議，其間傳遞的數據格式是十六進制ASCII碼。
三、小結及展望
     基于iFix和OPC技術的分布式設備數據采集及監控系統作為保溫試驗的核心， 通過分布式網絡把監控計算機和現場的試驗設備與信號采集模塊連接成一個整體， 實現了操作人員同時對多臺保溫設備和循環冷卻水處理設備的遠程監控。 系統便捷的操作方式和及
時有效的聲、光、語音分級報警機制成為試驗系統的安全衛士。目前，該系統已配合客戶完成的近百項高、低溫試驗任務，充分說明該系統在節能減排、降低工況現場噪聲污染對人體的損害、提高工作效率、優化工作方法等方面有明顯的優勢。 該系統在有防爆、防靜電、防震動試驗環境條件下的順利實施， 為分布式設備數據采集及監控系統的開發及應用開辟了新場景。