1、引言

在工業自動化程度日益提高的今天，人們對自動化監控系統的人性化互動與系統定義要求越來越高。要求人機對話界面簡單明了，宜于操作，實時性好，開發周期短，便于修改、擴充、升級。因此，使得工控組態軟件成為開發工業自動化及其系統的一件有力武器。

組態(configuration)是指通過專用的軟件定義系統的過程。工控組態軟件(industrial control configuration software)是利用系統軟件提供的工具，通過簡單形象的組態工作，構成系統所需的軟件。國外軟件商推出了各種工業控制軟件包，如美國Wonderware公司的InTouch，美國Intellution公司的FIX，德國西門子公司的WinCC；國產工控組態軟件則以組態王、力控為代表，由于其具有中文界面，性價比較高，售后服務好，因此獲得了一定的市場份額。

廣東某鉛鋅礦運轉工區的空氣壓縮機組是采礦生產中的關鍵設備，共有六臺進口的英格索蘭CENTAC空氣壓縮機，它的運行穩定與否直接關系到整個礦區的安全生產和經濟效益。因此一個功能完善、操作方便的自動化系統對其整個運行過程進行監控就顯得十分重要。在該系統中，采用了三維力控組態軟件提供的完善的開發工具，形成了能夠保障空氣壓縮機安全穩定運行的礦區壓風機房計算機監控系統。實現了壓縮機組振動和溫度信號的報警、歷史運行數據的查詢、工況的自動切換、設備的遠程操作和管理以及系統運行情況的動態顯示等功能。

2、監控系統的構成

2.1 空氣壓縮機的工作原理

礦區的六臺空氣壓縮機皆為離心式，單臺空氣壓縮機分三級壓縮，電機帶動葉輪不停旋轉，空氣經濾網過濾之后進入一級壓縮腔，空氣由于離心力的作用被甩向一級壓縮腔壁經腔壁孔進入二級壓縮腔，一級壓縮腔中央產生負壓，源源不斷地吸引空氣進入一級壓縮腔。空氣在一級、二級、三級壓縮腔中壓縮之后壓力不斷升高，由三級壓縮腔流入儲氣罐，供礦井風鉆設備采礦用。每級壓縮腔中都安裝有溫度、壓力、振動信號傳感器，以及潤滑油溫度、壓力傳感器，對溫度、壓力、振動進行實時監測。

2.2 硬件系統

硬件框圖如圖1所示。考慮到運行速度和可靠性，主機采用聯想奔騰4處理機，通訊協議為標準的Modbus協議，現場控制機為英格索蘭公司的單片機。由于通訊距離較長，現場數據采用RS485總線送到中控室，經ADAM轉換器轉換后，由RS232總線進入主機。

圖1 監控系統組成圖
2.3 軟件系統

軟件平臺采用WindowsXP，選用三維科技有限公司的力控組態軟件。使用力控，用戶可以方便快速地構造不同需求的數據采集與監控系統，力控組態軟件的特點為：

（1） 具有實時開放數據庫系統。實時數據庫是力控軟件系統的數據處理核心，構建分布應用系統系統的基礎，負責實時數據處理、歷史數據存儲、統計數據處理、報警處理、數據服務請求處理等，用戶可以很容易地從實時數據庫系統獲取信息和將實時數據傳送到整個公司的信息系統中去，控制系統運行。

（2） 力控可以與多種I/O設備進行通信。目前支持的I/O設備包括：可編程控制器、智能模塊、板卡、智能儀表、變頻器等。力控與I/O設備之間通過以下幾種方式進行數據交換：串行通訊方式（支持Modem遠程通信）、板卡方式、網絡結點方式、適配器方式、DDE方式、OPC方式等。

（3） 提供報警和事件。及時將控制過程和系統的運行情況通知操作人員，力控系統支持“過程報警”“系統報警”和“事件記錄”的顯示、記錄和打印。過程報警是指過程情況的報警；系統報警是有關系統運行錯誤報警以及I/O設備運行錯誤或故障報警等；而事件記錄則是系統對各種系統狀態以及用戶操作等信息的記錄。報警產生時首先由實時數據庫處理和保存，然后可由界面系統顯示和確認。

（4） 提供動畫連接。動畫連接是指畫面中圖形對象與變量或表達式的對應關系。建立動畫連接后，在界面運行系統中，圖形對象將根據變量或表達式的數據變化，改變其顏色、大小等外觀。

（5） 提供動作腳本。力控提供動作腳本以增強對應用程序控制的靈活性。

（6） 提供完備的安全保護機制，以保證生產過程的安全可靠。用戶管理將用戶分為操作工、班長、工程師、系統管理員等多個級別，并可根據級別限制當前用戶的行為，以有效避免生產過程中的誤操作。

此外還提供趨勢曲線、報表、分布式應用、配方、各種圖形、外部通訊、各種控件、內置數據表、I/O設備驅動等各種功能。在設計過程中，“子圖”提供了許多復雜圖片可以直接調用，“工具箱”中提供了許多繪圖工具可供使用，外部設備連接容易，編程簡單，使得整個設計過程十分容易，畫面生動形象，使用起來十分方便。

2.4 監控系統的功能

（1） 顯示功能 監控系統以圖形方式顯示空氣壓縮機的流程，動態的顯示當前的工況和運行狀態，相應的參數顯示在對應的位置上，如圖2所示，使運行管理人員能及時了解空氣壓縮機的運行情況。

圖2 實時數據顯示圖
（2） 實時報警功能 監控系統對空氣壓縮機的振動、溫度、油溫、油壓超過報警限值時，實現聲音報警和指示燈閃爍報警，進行故障判斷，報警記錄。

（3） 數據庫功能監控系統建立實時數據庫作為整個系統的數據處理、組織和管理的核心,記錄實時過程的歷史數據，用于過程存檔、歷史數據查詢、事故分析、經驗學習等。

（4） 工況自動切換功能 當系統壓力超過用戶設定壓力時，設備由加載工況轉為卸載工況；當系統壓力小于用戶設定壓力的84%時，設備由卸載工況轉為加載工況。使得系統壓力維持在一定的壓力區間，確保礦井風鉆設備有穩定的壓力。

（5） 設備遠程操作與管理用戶可通過監控系統對空氣壓縮機進行遠程啟/停控制（設備的遠程控制開關必須置為有效狀態），數據庫記錄設備的累計運行時間，使長期運行的設備交替運行，避免某臺設備長期運行，提高設備使用壽命。

3、組態設計

利用力控組態軟件的圖形開發環境Draw、圖形界面運行系統View、分布式實時數據庫DB，I/O驅動程序I/Oserver等組件，可方便地開發出監控系統的上述功能。

3.1 畫面組態

Draw中提供了大量的圖形對象，利用這些基本圖形對象以及插入外部位圖組態得出空氣壓縮機組的總流程圖畫面和各單臺壓縮機的畫面，畫面組成如圖3所示，總流程圖用不同顏色變化指示六臺壓縮機的運轉、停止工況，以及顯示幾個關鍵監控數據點的實時值。如需查看單臺壓縮機的數據，可鼠標單擊切換到對應的壓縮機畫面。