發布日期：2022-07-20 點擊率：117
隨著工業控制系統對用戶操作界面越來越高的要求，要求采用性能更強的圖形界面組態軟件。世界上一些大型控制系統如集散控制系統，已開始使用通用性更強的組態軟件作為其操作站標準軟件。如日本山武株式會社在Harmonas協調自動化控制系統的操作站上使用了Intouch組態軟件作為其過程開發軟件，美國Honeywell公司在其R150集散控制系統的上位機中采用了FIX組態軟件,當然他們必須定制適合于本系統的I/O部件驅動程序。Intouch是工業過程控制中廣泛使用的組態軟件，它是美國WONDERWARE公司的產品，曾連續多年被國際過程控制協會評為最佳軟件。與Intellution公司公司的FIX組態軟件，NI公司的LabVIEW 虛擬儀表平臺是當前三大流行工控軟件。這些軟件都支持世界知名廠家的控制設備，INTOUCH提供了許多類型I/O設備驅動程序，并以適合于過程控制而著名。
Intouch作為工業控制組態軟件，提供了組態環境和運行環境。在組態環境下定制系統，進行數據庫組態，畫面組態，定義系統的數據采集和控制任務。在運行環境中實施這些任務，并將數據實時傳輸給本站的其它任務和網上其它工作站。Intouch組態軟件適合標準化的大型控制系統。之所以如此，是因為當我們在用Intouch軟件的時候，往往沒有適合于我們自己硬件設備的I/O驅動程序。然而Intouch組態軟件提供了用戶數據接口，使用這些接口，我們可以與Intouch交換信息，在用戶程序中完成特殊任務，如通信和與硬件打交道。本文以某電站仿真系統為例，談談這些數據接口的使用。
1、火電站仿真系統介紹
1.1 系統組成結構
電站機組仿真環境的建立是至關重要的。建立一個良好、實用、可靠、并且易為人們接受的仿真環境，是首先考慮的目標。其次，還要考慮系統的開放性、維護性、通用性以及今后持續發展性。在仿真環境的設計中，結合當前最新技術，選用當前主流開發平臺，充分考慮用戶的操作要求，對系統的維護和技術更新都會帶來莫大的好處。
整個電站機組仿真系統的組成結構如圖1所示。
圖1 電站機組仿真系統的組成結構
本系統主要由服務器（兼教員臺）、學員臺、仿真模型機組成，各臺計算機通過局域網連接。系統的數據庫采用分布式數據庫，服務器上存放中心數據庫，在其它計算機上存放本地數據庫。服務器是仿真培訓中心，它負責任務調度、啟動、故障設置、培訓評分等功能。鍋爐、汽機、發電機、控制模型機，按相應設備的數學模型進行仿真計算，模擬設備的運行狀態，并將實時計算信息寫入分布式數據庫中。學員臺的任務是培訓學員，學員在其上干預系統的運行，進行實時操作。
1.2 系統開發環境
操作系統選用微軟公司的Windows NT。由于Windows NT是當前主流操作系統，用戶易于接受，熟悉操作，同時NT的實時多任務處理內核適合于仿真系統。可實現的功能有：對實時數據庫的管理；對模型算法庫的管理；對I/O通訊模塊的管理；對I/O數據庫的管理；方便地建立和修改應用模型；多種手段在線控制；調試模型；教練員站主要控制仿真機實時運行等；任一臺聯網微機均可運行支撐系統的工作界面及圖形化多窗口人機界面的仿真調試環境。
1.3 軟件開發平臺
作為一個完整的支撐實時仿真軟件開發、調試和執行的軟件工具，它有數據庫管理系統、源程序生成程序、可視化的仿真建模程序編譯系統、連接裝入系統、實時調試系統、實時執行系統、實時控制系統和輸入/輸出管理程序等組成。本系統選用Visual C＋＋6.0 ，采用面向對象編程技術，開發模型、通信和數據庫程序，使用功能強大的MFC類庫來封裝對象，應用程序之間采用通信來交換信息[1]。DCS控制系統的模型生成采用自主開發的控制系統方案組態軟件。
1.4 人機交互界面支撐環境
本系統的人機界面主要有兩類，一類是在教員臺上的教員設置界面，另一類是在學員臺上提供的仿真DCS操作界面。教員臺上的人機界面主要用于教員設置工況，觀察仿真運行情況，并對運行結果進行分析評定。教員臺界面相對比較簡單，采用C++面向對象編程技術實現。學員臺上選用Intouch7.0人機交互組態軟件，作為操作界面的支撐環境。在Intouch環境下，仿真DCS操作站的界面，建立友好而有逼真的人機交互界面，使用戶能有身臨其境的感覺。由于各電廠選用的DCS產品型號不同，這樣在建立不同類型的學員臺界面時，Intouch有著較好的可重用性和擴展能力。
2、INTOUCH軟件數據接口
在仿真系統中，使用了Intouch組態軟件，利用其方便豐富的圖形組態功能，建立操作界面，實現用戶與系統的接口。為了實現學員臺與系統其它工作站的信息交換，必須開發Intouch接口程序，將系統信息傳送給Intouch，同時接收Intouch的操作信息，轉發給系統的其它各個工作站。
Intouch軟件提供了多種數據接口，這里我們僅談談其中的兩種即：動態數據交換DDE接口和開放數據庫連接ODBC－結構化查詢語言SQL接口。各個接口使用時的驅動方式不同，根據系統數據交換類別的要求來選擇使用。
2.1 DDE接口
Intouch組態軟件支持DDE接口，提供DDE動態數據交換(DDEClient)模塊用于與其它應用軟件之間進行實時數據和歷史數據交換；通過DDEServer實現實時數據庫與報表軟件之間的數據交換。
下面我們來討論DDE。DDE是Windows環境下應用程序之間使用的數據交換協議。Windows提供DDE通信管理庫函數，應用程序調用這些庫函數，請求DDE通信服務。應用程序之間進行數據交換叫做“對話”,發起對話的一端叫做“客戶”,而對客戶做響應的一端叫做“服務器”。在我們的系統中，使用VC＋＋編寫后臺程序TCApp，扮演服務器角色，能夠實時接收仿真系統的信息，并將其發送到Intouch，Intouch扮演客戶角色，接收仿真系統實時信息，并將Intouch界面上的人工操作信息傳送給服務器。
建立DDE對話的三大要素是：
a．應用名(Applications)。DDE對話應用名，如TCApp。Windows的DDEML管理許多DDE對話，用應用名來區別。
b．對話主題(Topics)：服務器所支持的對話話題。一個DDE應用名下可以有多個對話話題，用于區別對話的類型。
c．項目(Items)：對話話題下的數據項名。
服務器發送數據到客戶：在數據庫的組態中，定義輸入數據點的類型和設備地址，驅動類型是DDE，這樣當Intouch軟件轉入運行方式時，就會向DDEML申請服務，與服務器TCApp建立連接，一個DDE會話活動開始了。會話連接建立后，每當有數據變化，服務器TCApp就會將數據發送給客戶。
客戶發送數據到服務器：在數據庫的組態中，定義輸出數據點的類型和設備地址，驅動類型是DDE，這樣當Intouch軟件轉入運行方式時，就會向DDEML申請服務，與服務器TCApp建立連接。DDE會話活動開始后，每當有輸出點數據有變化，Intouch就會將輸出點數據的值發送給服務器。
以上兩種方式都是熱鏈接(Hotlink)。在Intouch程序中有一個DDEclientTask，我們可以用它來監視和管理DDE客戶任務，查看是否有錯誤發生。還可以用它來改變與服務器TCApp的連接方式，建立一個冷鏈接,每隔一定時間向服務器發送一次數據請求。
DDE數據交換的速度在點數很多時會受到限制。一般是每秒200個點的交換信息量，當點數很多又要求更快地交換信息時，會丟失信息，甚至會發生連接中斷。此時，必須對故障進行恢復或重。
2.2 ODBC的SQL接口
ODBC（Open Database Connectivity）開放式數據庫連接，是微軟和其它公司共同建立的與不同類型數據庫打交道的標準接口。目前，各種流行數據庫都提供ODBC接口，支持用戶對數據庫的訪問。也許每種ODBC驅動函數的內部實現細節不同，但對用戶來說使用的函數接口卻是相同的，這樣極大方便了用戶對數據庫的訪問。
ODBC驅動程序Intouch軟件提供的SQL模塊，支持使用SQL語言調用ODBC數據接口，訪問商業數據庫。Intouch的SQL模塊作為ODBC的應用客戶，會發出ODBC調用給ODBC驅動程序，ODBC驅動程序再把這個調用變成對具體數據庫的特殊操作。Windows環境下有許多種類型的ODBC驅動程序，Access，Excel，SQL Server，FoxPro等，這些驅動是在這些軟件安裝時一起安裝在Windows環境下的。如果你想通過ODBC訪問Access數據庫，則Access數據庫的驅動程序必須首先安裝。可以在控制面板的ODBC數據源管理中查看已安裝的ODBC驅動程序。
定義ODBC數據源在控制面板的ODBC數據源管理中定義一個數據服務名，與指定的數據庫文件相關聯，這樣Intouch程序就可以使用這個數據服務名，對該數據庫文件進行操作。例如我們有一個TCDB.mdb 的Access數據庫文件，將其作為數據源進行定義，數據服務名定義為TCSERVER。
組態SCU中SQL 為了將Intouch與指定的數據庫連接起來，啟動Intouch的組態任務SCU，選擇組態菜單中的SQL項，彈出SQL配置對話框，將ACCESS類型的數據服務名為TCSERVER服務加入。這樣，在Intouch的數據庫組態中，就可以對TCDB.mdb數據庫文件進行讀寫了。
下面的任務就是在Intouch應用的組態中，編排SQL要實現的工作了。Intouch軟件中的ODBC服務是由SQL task（SQL任務）、SQT（SQL 觸發模塊）、SQD（SQL 數據塊）三部分組成的。其中SQT定義了SQL命令和觸發條件，SQD定義傳送的點名和方向，而SQL Task則負責讀取SQL命令并執行相應的操作。
組態SQT和SQD為了保證SQL功能的正確執行，必須在SCU的任務組態中加載SQL任務。在Intouch數據庫中定義SQT和SQD類型的數據塊，SQT模塊與SQD模塊是一個鏈，SQT模塊的后續模塊是SQD模塊。在SQT中定義的觸發條件滿足后，就會執行SQLLIB表中的SQL命令，將SQD模塊中定義的Intouch 數據與外部數據庫進行交換，從而實現了Intouch與商業數據庫的信息交換。
3、Intouch軟件與本系統的數據交換
在火電機組仿真系統中，為了實現仿真系統與工作站的Intouch軟件信息交換，通過編寫通信應用程序，對于小規模接口數據點，如多媒體站、軟表盤站和就地站等，利用DDE接口即可實現信息與Intouch的交換；而對于數據量較大的工作站等，最好是利用Intouch的ODBC驅動SQL接口。事實證明，這種通信方式的利用是有效而合理的，能夠很好地滿足系統的信息交換要求。
4、結束語
Intouch組態軟件是功能強大的工控軟件，充分開發其數據接口，與用戶應用程序有機地結合，實現優勢互補，才能很好地滿足工程實際的需要。從本系統的應用情況來看，Intouch軟件的2個數據接口使用起來各有優勢，DDE編程比較煩瑣，實時性較好,但容量受到限制；而使用ODBC驅動的SQL接口，盡管容量不受限制，但實時性較差，只有靈活實用，才能更好地實現Intouch信息與工程應用程序間的數據交換。
參考文獻
[1]（美）Eugene Olafsen ，Kenn Scribner， K.David White 等，MFC Visual C++ 6 編程技術內幕，機械工業出版社，2000年2月
[2] 張雨飛等工控組態軟件FIX與變電站仿真系統地數據接口《工業控制計算機》2001年11月第11期
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