數據庫服務器在多控制器PLC系統中的應用

郭瀟，王莉艷，劉志遠

（中石油獨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的數據集成系統，在配置中可以將不同控制器地址進行編碼，同一控制器中的數據用統一編碼格式命名用以區分不同控制器的數據。

數據庫：SQL（Structured Query Language:結構化查詢語言）是用于管理關系數據庫管理系統（RDBMS）。SQL的范圍包括數據插入、查詢、更新和刪除，數據庫模式創建和修改，以及數據訪問控制。

1 數據庫數據采集

由于IFix軟件要和M580 PLC通訊，其I/O驅動為MBE，MBE的配置主要分三部分，分別為Channel、Device、DataBlock的配置。

Device為各個系統的名稱，相當于我們水系統里的制水系統、氨區卸載輸送系統、中和池水處理系統、外供泵運行操作系統，各個子系統的Device名稱采用與I/O地址保持一致且以拼音首字母命名的方式進行，每個子系統的Enable打勾設置。

DataBlock為各系統設備的I/O類型如圖1所示，名稱用系統名稱來區分，開關量2000個為一個DataBlock進行地址編排，模擬量200個為一個DataBlock進行地址編排。其中每個I/O Item所有點的掃描時間、刷新速度都需要在驅動鏈接內設置。按照我廠水系統控制設計需求，存在設備數量多，監控數據量大的特點，在設置Polling Setup時為保證數據及時刷新，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。訪問時間Access Time打上勾填入5:00，即為整體刷新周期為5分鐘。

圖1 數據庫OPC數據采集接口

我廠所使用的MBE驅動鏈接建立一個Channel，對應的Derice 按照AI、AO、DI、DO點分類進行建立，此種建立方法能夠讓所有的I/O點都使用同一個刷新時間。由于我廠化學僅建立一個Device,所有數據刷新速度一致，現場操作站內所有數據更新及顯示均同步。后期若我廠化學系統擴建，增加凝液、煤水、循環水、加藥等輔助系統，還可以對每一個系統建立專用的Channel，對應的所有內部Device內掃描時間保持一致，能確保運行監盤數據刷新及顯示同步。如下圖2所示：

圖2 數據庫OPC數據采集具體ITME點

2 組態軟件的簡介和劃分標準

“組態（Configure）”即“配置”、“設定”、“設置”等意思，指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態”。它有時候也稱為“二次開發”，組態軟件就叫“二次開發平臺”。

“監控（Supervisory Control）”，即“監視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設備或過程進行監視、控制和管理。

組態軟件能夠實現對自動化過程和裝備的監視和控制。即就是它能從自動化過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行顯示，將重要的信息以各種手段傳送給相關人員，進而對信息分析處理和存儲，發出控制指令。

在我廠使用組態軟件是通過上位機組態軟件“iFIX5.8”完成流程圖的繪制及對應測點的顯示，流程圖及測點完全對應現場實際，完成運行操作和監控。

監控（Supervisory Control）指我廠使用的監控通過“iFIX5.8”軟件，與下位機PLC通過I/O驅動連接，將下位機實際測點通訊至上位機數據庫內，并顯示至相應的流程圖畫面上。現場所有參數通過畫面、報警的方式傳達給運行人員便于監盤和控制。

2.1 組態軟件的結構以使用軟件的工作階段劃分

簡單的說是按照系統環境劃分，分為上位機軟件和下位機軟件。我廠使用的上位機iFIX軟件最新的5.8版本，下位機軟件使用AB logix20.0系列，施耐德系列PLC。

下位機軟件主要通過PLC系統對應的開發軟件完成實際生產所需要的各類現場數據硬點的通訊，現場實際點通過對應的模塊采集PLC控制器內進行運算與邏輯判斷，完成邏輯判斷后通過控制器再發送至對應DO或者AO模塊進行邏輯控制數據，動作現場對應設備。

上位機軟件通過與PLC使用專用I/O驅動將下位機控制器內所有的I/O點采集后進行顯示，同時上位機對應的AO、DO也可以畫面按鈕手動輸出至PLC控制現場設備動作。

上下位機均可以進行在線邏輯、畫面的修改和組態，便于日常設備新增或者邏輯優化進行操作。

2.2 組態軟件的結構按照成員構成劃分

組態軟件功能強大，每個功能都具有一定的獨立性，是由不同作用的各項功能模塊組成的集成軟件平臺。

按照構成包括：應用程序管理器、圖形界面運行程序、I/O驅動程序、通用數據庫接口（ODBC接口）組態程序、通用數據庫接口（ODBC接口）運行程序、策略（控制方案）編輯組態程序、實用通訊程序組件這七部分組成。

2.2.1 應用程序管理器

是提供應用程序的搜索、備份、解壓縮、建立新應用等功能的專用管理工具。在工程設計過程中需要不時地進行工程備份、調取和引用，應用程序管理器的作用，就是為這些操作提供了便捷。

2.2.2 圖形界面開發程序

就是為直觀、形象地反應系統畫面，實施控制方案，使用圖形編輯工具進行畫面編輯的開發。建立人機交互界面,并將工程數據對應至預先設定的圖形，在實際運行操作時使用。

2.2.3 圖形界面運行程序

即在系統運行條件下，實現人機交互界面所提取的的指令信號發送至數據處理端。

2.2.4 實時數據庫系統組態程序

人機交互界面是一個窗口，操作人員可以從界面上獲取現場設備運行工況，同時根據生產需要進行操作指令的下達，這些指令和工況的數據交換處理就是由實時數據庫系統組態程序實現的。

選取我院2017年7月～2018年7月收治的PPD患者66例，納入標準：①產后女性；②產后有悲傷、抑郁、沮喪、煩躁等癥狀；③產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本次研究知曉，并自愿簽署知情同意書。隨機分成觀察組與對照組，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驅動程序

I/O驅動程序是控制器與遠程設備之間互相交換數據，用于和I/O設備通訊的組態軟件，是PLC系統中至關重要的一部分。常見的驅動程序DDE和OPC Client，是通用標準的I/O驅動程序，用于支持OPC標準、DDE標準的I/O設備通訊。多數組態軟件的DDE驅動程序是被整體保存在實時數據庫系統內，OPC Client則是單獨存在于系統內的。

我廠使用MBE和OPC通訊，都是通過標準的通訊協議將PLC所有的數據通訊至對應額上位機數據庫內進行存儲并顯示在流程圖畫面上。

2.2.6 通用數據庫接口（ODBC接口）組態程序

通用數據庫接口組件是用來完成組態軟件的實時數據庫與通用數據庫（如Oracle、Sybase、Foxpro、DB2、Infomix、SQL Server等） 之間數據更新的同步關聯組件，可以實現兩方數據的雙向交換，平時通用數據庫既可以讀取設備的實時數據，又可以讀取存儲的歷史數據；同樣的實時數據庫除能讀取存儲的歷史數據外也可以從通用數據庫讀取設備的實時數據。

通用數據庫接口組件是用來完成組態軟件的實時數據庫與通用數據庫之間數據通訊。內部根據PLC內存容量，通訊方式可以設置對應的掃面時間便于更準確及時地顯示實時數據。

2.2.7 策略運行程序

組態的策略目標系統程序在計算機內執行現場設備的各種數據計算、數據處理工作，同時完成實時數據庫的數據更新。

實用通訊程序可以增強組態軟件的多項功能，實現與多控制器的數據交換，具有以下功能：

（1）可以滿足多操作員站的冗余操作，數據同步；

（2）所鏈接子系統的數據遠程訪問及傳輸功能；

（3）實用通訊程序多選擇以太網、RS485、RS232、PSTN等工具實現網絡連接，我廠使用以太網來完成多控制器之間的數據讀取。

3 具體信號轉換

下面我們從現場信號采集到人機交互界面全流程了解一下數據的轉換過程。如下圖3所示：

圖3 組態軟件ISR邏輯塊

上圖中左側圈是現場采集信號，通過數據處理完成數據類型轉換、量程設置、小信號切除，最終變成右側圈中的儀表顯示，確保真實反映出現場儀表采集信號。得到經過處理的數值后，通過第一部分數據庫數據采集介紹的I/O驅動為MBE，MBE的配置主要分三部分，分別為Channel、Device、DataBlock的配置。使現場數據來到人機交互界面就是操作員站的數據庫。

iFIX數據庫如圖4所示，在數據庫中新建一個數據塊，通過I/O地址與驅動器中的數據進行對應。在數據庫新建的數據庫中將標簽名設置好，這一步完成后在人機交互界面進行調取就是通過這個標簽名實現的。還可以對數據進行報警設置，工程單位轉換，掃描時間定制，濾波等高級數據處理操作。最后在人機交互界面新建顯示數據，鏈接數據庫中的標簽名就完成了數據的最終顯示。

圖4 iFIX數據庫

這是其中一個人機交互界面也就是眾多操作員站的其中之一。

本地節點是指操作員站或服務器直接從PLC控制器來讀取和發送數據的，其配置方式是首先進入“系統配置應用”—“配置”—“本地啟動”，設置“本地節點名”和“本地邏輯節點名”。此節點名可以隨意設置，但后面必須調用此處設置的節點名。

要在多個操作員站顯示同一人機交互界面，就需要將數據庫同步到不同操作員站。但在不同操作員站同步數據過程中假如修改了其中一個數據，就會造成多個操作員站數據不同步，如何解決這個問題呢？下面我們來看看數據庫服務器的應用。

4 數據庫服務器

4.1 容錯服務器

容錯服務器是一個硬件、軟件的雙冗余設備，容錯服務器是同時通訊和計算處理數據和輸出指令的，當運行過程中出現軟件故障或者硬件故障均能在勿擾動的情況下快速完成切換，確保所有控制和數據采集不中斷，同時進行報警提示。以運行中容錯服務器的其中一個模塊為主，另一個模塊進行跟蹤備份。對外始終保持一個數據接口并對數據提供冗余的可靠性。

4.2 遠方節點

遠方節點是指操作員站是經過服務器的數據庫來讀取數據并進行監控的，數據是通過網絡服務器傳出傳入再到PLC來控制的。首先進入“系統配置應用”—“配置”—“本地啟動”設置“本地節點名”和“本地邏輯節點名”。此節點名可以隨意設置，但不能與服務器和其他操作站同名。

可以簡單的理解為多個操作員站對應一個遠方節點，就是數據庫服務器。保證數據在多個操作員站之間的始終同步。

4.3 多控制器的數據交互

就拿我廠的化學系統舉例，化學系統分為實現制水系統、氨區系統、中和池系統、外供系統四部分。每一部分都有一臺冗余控制器進行數據處理，如何將四部分分散的數據進行整合，集中處理后分發給不同操作員站進行人機交互呢？下面我們來詳細說明。

圖絡拓撲圖如上圖5所示可以看出多系統控制器通過核心交換機將數據發送至服務器，各操作員站將指令發送至服務器，通過數據庫將指令下發給各系統根據IP地址找到對應的控制器。

圖5 網絡拓撲圖

5 結論

本文介紹了數據庫服務器在多控制器PLC控制過程中的應用，實現了多系統的集中控制。具有數據刷新快，各系統數據同步更新，系統穩定等特點，在生產中值得我們持續拓展使用。