摘 要：针对锅炉传统水力除渣方式的诸多不足之处，依据正-负压气力联合除渣方式的特点，提出了应用InTouch软件设计锅炉灰渣处理PLC控制系统的方法，即运用InTouch设计监控系统去监控现场的PLC控制单元。本文详细介绍了如何利用InTouch来创建上位机的操作界面、如何实现对系统的监控功能以及如何实现与下位机PLC之间的数据通信。
关键词：InTouch，人机界面，PLC，锅炉灰渣
目前国内大多数电站锅炉都是采取传统单一的水力除渣方式，这种除渣方式会导致每年有大量的锅炉冲渣水排放入灰场继而作为废水排入长江，这样就造成了大量的能源浪费同时还导致了环境污染，而且水力除渣还会降低灰渣的活性从而影响灰渣的综合利用效益。而新近发展起来的正-负压气力联合除渣方式则能很好的解决这些问题，它不仅节约水资源、减少环境污染、提高灰渣的综合利用价值，还能节约为冲渣水设置灰场所占用的宝贵的土地资源。不难看出，这种新兴的灰渣处理方式满足了当今对环保的高要求，有良好的现实意义，而且还能从根本上降低电厂的生产成本，提供经济效益，因此推广前景非常广阔。
1、锅炉灰渣控制系统简介
正-负压气力联合除渣系统是先利用负压系统将各灰斗中的灰渣收集起来，即将管道抽成真空将灰渣抽吸出来并集中到中转灰库，再利用仓泵等设备将灰渣正压压送到厂外灰库进行综合利用。这种联合除渣系统虽然能很好的节约水资源、土地资源，减少环境污染，并大大提高灰渣的综合利用价值，但也对系统控制提出了更高的要求，以往传统的继电器控制显然无法满足这种联合处理方式的要求，所以我们决定采用可编程控制器（PLC）技术。所以我们决定采用可编程控制器（PLC）技术。下面我们就以某电厂为例介绍一下正－负压气力联合除渣PLC控制系统。
该电厂共有三台机组，每台锅炉的灰渣都各自采取负压除渣系统进行收集，但为了节省管道和相关设备，我们将三台机组收集到的所有灰渣集中在一起再共用同一输送系统输送至煤粉公司处理后综合利用。针对现场情况，我们决定除了每台机组设置一个单元机组PLC外，还设置一个公用PLC以负责三台机组灰渣压送的管道切换。除此之外，我们还需设置一台PC机作为上位机，并利用InTouch设计操作界面以监控PLC。整个系统的结构示意图见图1。
图1 锅炉灰渣控制系统结构示意图
2、InTouch软件介绍
InTouch软件是Wonderware的FactorySuite工业集成套装软件的一个核心组件，能简单快捷的在Microsoft Windows 2000/NT操作系统上创建人机界面。
InTouch包含三个主要程序：InTouch应用程序管理器 用于创建新程序和管理已有的应用程序;WindowMaker 一种开发环境，在其中可以使用面向对象的图形来创建富于动感的触控式显示窗口;WindowViewer 一种运行时环境，用于显示在WindowMaker中创建的图形窗口。
除此之外，InTouch还提供标记名字典和QuickScript脚本功能。设计InTouch程序通常需要创建许多不同类型的变量，标记名字典就是用来输入变量相关详细信息的机制。QuickScript脚本功能则是供用户自己编写新的脚本函数或调用已有的脚本函数，在满足指定条件的情况下执行特定的命令或逻辑运算，例如，键被按下、窗口被打开、值发生改变等。
InTouch具有世界领先的MMI（人机界面）和面向对象的图形开发环境，能高效、快捷地配置用户的应用程序。同时，它在报警和历史趋势方面的功能也极大地方便了对系统的监控。除此之外，它还具有强大的网络功能，通过传统的DDE和扩展的NetDDE的方式，可与本机和其它计算机中的应用程序实时交换数据。更重要的是，它提供了广泛的通讯协议转换接口——I/O Server，能方便地连接到各种控制设备，包括：Siemens、Modicon、Opto 22、square D等，甚至还可以利用第三方Server。在性能上，InTouch对核心代码进行了优化，运行效率比较高。同时，它还经过了严格的测试，并拥有大量的客户，应该说具有相当高的可靠性和稳定性。正是由于这些优势，InTouch已经广泛应用于包含食品加工、半导体、石油、汽车、电力、化工、制药、纸浆和造纸、交通等在内的全球众多纵向市场。
3、InTouch监控系统设计
3.1 创建窗口并设置动画链接
InTouch应用程序通常是由一系列窗口组成，所以，我们首先要在WindowMaker中创建所需要的窗口。WindowMaker程序本身提供了许多图形符号供我们选择，简单的有线条、按钮，复杂的有趋势图、组合符号等，除此之外，我们还可以自定义一些图形符号。用这些图形符号形象的表示泵、阀门等设备并按逻辑关系连接摆放从而形象的表示出整个系统。
创建好系统图形，我们还需要通过动画链接来赋予图形“生命”。InTouch支持两种类型的链接：触动链接和显示链接。触动链接是供操作员向系统执行输入。显示链接则是给操作员显示输出结果。双击图形中的任个对象或符号，都会出现一个窗口，见图2（链接窗口）。
图2 链接窗口
在链接窗口中，我们选择需要的链接方式，将图形符号与相应的表达式链接起来，从而使图形符号的外观、位置等属性能随着表达式值的变化而改变。例如，我们可以让一个泵符号关闭时显示为红色，打开时为绿色;也可以把这个泵符号做成一个触动按钮，通过单击它来打开或关闭泵。
3.2 系统监控
上位机操作界面最主要的功能就是对系统进行监控。InTouch是利用标记名字典为每个数据定义它的报警信息：对于离散型变量，我们可以设置报警状态是对应于变量的TRUE或FALSE状态以及相关的报警优先级，报警优先级是表示报警的严重程度，范围从1到999，其中1表示最为严重;对于模拟型变量，我们可以从数值、偏差和变化率三个方面来定义变量的正常操作范围。
在运行过程中，当变量的值发生变化时，InTouch内部的子程序报警逻辑就会被激活。它通过检查报警类型、比较新值与给定的极限，来确定变量是否在报警状态下。一旦确定是在报警状态，程序就会立即发出警报通知操作人员。除了利用InTouch程序本身提供的这套通知系统外，我们还可以自己编写一些条件脚本或动作脚本来处理相关的报警信息，如弹出报警窗口或声音提示。。例如，监控管道真空度时，我们可以定义一个条件脚本vacuum.status，并在On True脚本框中写上：
Show vacuum _alarm_window; （弹出报警窗口）
PlaySound（ e:\alarmsound\管道真空报警.wav ）; （声音报警）
3.3 数据通信
在InTouch中，数据主要分为内存型和I/O型。内存型数据为InTouch程序内部定义的变量，在程序内部就可直接进行访问;I/O型变量的值则一般来自其它计算机结点或本机运行的其它程序，这类数据通常是由InTouch以DDE（动态数据交换，Dynamic Data Exchange）或NetDDE的协议方式访问而得。
在控制系统中，上位机需要采集下位机中来自现场的数据，经过处理后再将控制命令传给下位机，以此监控运行过程。然而，通常InTouch程序无法直接从下位机中取得数据，这时需要一个通讯接口——I/O Server。由于本控制系统上、下位机是通过基于Modbus通信协议的以太网进行连接，所以我们选用Modicon MODBUS Ethernet型号的I/O Server。
InTouch是使用三个部分组成的命名惯例来识别I/O Server程序中的数据元素，这三个部分分别是：
Application Name（应用程序名）是指InTouch直接访问的程序或服务器（如I/O Server）;
Topic Name（主题名）是指InTouch通过I/O Server要访问的设备或程序在I/O Server的Topic Definition中定义的主题名;
Item Name（项目名）是指InTouch要访问的那个数据的识别符号，可以是名称，也可以是存储地址。
确定I/O Server类型后，要想建立InTouch与下位机PLC之间的数据通信，还需要进行两方面的设置工作。首先，我们要在I/O Server中Topic Definition中定义下位机PLC。假设上位机、下位机（如#1 PLC）和运行I/O Server的计算机在整个以太网中的IP地址分别为192.168.10.01、192.168.10.10、192.168.10.04，则I/O Server中Topic Definition我们应该设置：
Topic Name——PLC1（可以任意定义）;
IP Adrress——192.168.10.10（PLC1的地址）。
这样，I/O Server就可以从下位机PLC1中取得数据了。
另外，要让InTouch从I/O Server中取到正确的数据，还必须在标记名字典中为每个I/O变量定义Access Name（访问名）和Item Name（项目名）。
Access Name可任意定义，如IOStatue，它实际包括了Application Name 和Topic Name，其相关定义参数为：
Node Name（节点名）——192.168.10.04（I/O Server所在结点的IP地址）;
Application Name——mbenet（Modicon MODBUS Ethernet I/O Server的程序名）;
Topic Name——PLC1（I/O Server中定义的Topic Name）。
Item Name，我们在这里使用的是存储地址。在PLC的组态Concept程序中，变量的地址是State RAM地址，而PLC与所有的输入和输出都是与State RAM相连接的，所以InTouch程序可以通过I/O Server直接访问这个地址单元，从而对变量进行读写。
一旦这两方面的设置工作完成，上位机的InTouch监控系统就可以与下位机PLC相互进行数据通讯了。
3.4 系统安全
系统安全是我们在设计操作界面时需重点考虑的一个问题，它直接关联着系统是否能安全顺利的运行。InTouch可以通过帐号管理机制，即给每个操作员配置用户名（Operator）、口令（Password）及访问级别（Accesslevel），来限制不同人员的访问权限以实现系统安全。
图3登录与注销界面
在本系统中，系统登录的画面如图3所示。当操作员按下登录热键（如Ctrl+Shift），将弹出此窗口。 登录之后的操作员拥有自己的访问级别，当他访问应用程序中任何受保护的功能时，系统均会根据链接到该功能的内部安全性变量指定的值去验证操作员的访问级别，以确定是否授予访问权。比如，某些重要设备（如电机）的开关按钮只能让工程师以上级别的人（$AccessLevel>5000）操作，则可在按钮动画链接的Disable（on）属性的条件表达式中写上$AccessLevel<5000，这样没有登录或访问级别不够的人就无法触发此按钮了。又比如，在显示控制面板窗口的动作链接时，我们可以使用由IF语句进行限定的QuickScript（脚本）：
IF $Operator ==“DayShift” THEN
Show “Control Panel Window”;
｛以及仅给“日班”操作员执行的其它代码行｝
ENDIF;
这样就可以防止“日班”以外的操作人员看到控制面板窗口或执行一些其它相关的命令。
4、方案总结
以上是锅炉灰渣控制系统中上位机监控系统设计的基本流程。应用InTouch程序，我们不仅能简单方便的设计出操作界面，还能实现监控、数据通信以及系统安全等多方面的功能，同时还具有较高的可靠性和稳定性，并且对软件的维护和升级也比较方便。目前，该套系统已被应用于某电厂锅炉灰渣控制系统的运行中，并且工作稳定可靠。
参考文献：
1、Wonderware FactorySuite InTouch用户指南，Invensys SystemsInc., 修订版B, Mar. 2004;
2、Wonderware FactorySuite InTouch参考指南，Invensys Systems，Inc., 修订版A, Nov. 2002;
3、Wonderware Modicon MODBUS Ethernet I/O Server User’s Guide, Wonderware Corporation, Revision F, Dec. 2002。
4、InTouch在静电除尘自动控制系统中的应用，李文国、董为民、郭瑜、许立梓，《微计算计信息》（测控自动化）2005年第21卷第8-1期，132-134。