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1.ISaGRAF简介
ISaGRAF为法国CJ International公司(1990年成立)所开发的符合IEC1131—3、具有独立于PLC硬件实现、包括逻辑控制的软件模型、数据模 型，图形化编程和文本语言结合的开关量逻辑处理，并集成了模拟信号处理功能的过程监控软件。IEC—1131为国际电工委员会制定的通用逻辑信号监控开发 标准，具有面向对象开放性特点，目前正广泛应用于各种型号的PLC的逻辑编辑和DCS分散控制系统。
IEC—1131包括五个部分，1131—1为关于通用逻辑编程的一般性描述和介绍，讨论逻辑编程的一些基本的概念、术语和定义;1131—2为通用逻辑 编程对硬件设备的要求和测试，包括机械和电气两大部分1131—3为适用于各种PLC的通用逻辑组态编程语言，IEC提供了五种语言参考标准，即 SFC(连续功能图)、FBD(功能块图)、LD(梯形图)、IL(指令表)和ST(组态文本)。IEC1131—4为关于PLC的选择、安装和维护的信息资料和用户指导手册;1131—5规定了逻辑控制设备与其它装置的通信联系规范。目前ISaGRAF运行版本为3.20版以上。ISaGRAF在世界各 地拥有广泛的用户，至1997年底止有86个国家在5000套系统上运行ISaGRAF，有50000多个正式版权的用户。美国的TranSyslnc公 司、德国和澳大利亚的IQ自动化公司、南韩的UNItop公司、日本的Komatsu公司和CJ Inermational一起，形成ISaGRAF的开发销售维护国际体系。
ISaGRAF由两大部分组成：在PIE等实时现场设备或I/O卡件上运行的“核心软件”和在以太网上运行的工作站软件平台。核心软件适用于各种C编译 器，可在16/32位的如68xxx，80xx6，i960等CPU中，通过OS9，MS-- DOS，VxWorks，WinNT，VRTX，PSOS，VMEexec，QNX，LynxOS，iRMX等操作系统运行;工作站的环境可以是各种MS —bbbbbbs系统，如bbbbbbs3.1，Win95，bbbbbbsNT，OS/2等;工作站和核心软件间的连接通信可以采用MODBUS/以太 网/Netbios及Fip，Profibus.Canbus及LonTalk等网络结构。工作站上的ISaGRAF软件平台可给过程控制提供编程工具， 生成运行代码并进行仿真调试及进行项目的组织和管理等，软件平台包括采用面向对象技术的控制过程数据库、元件库、对数据库的各种处理运算及对控制系统的管理等。
控制过程数据库中存放着具有不同格式而相互连在一起的对象，元件库中存放着具有相同格式而无任何联系的各种对象。元件库中的大量的通用对象方便了用户的编程组态。如构建复杂模型，隐藏复杂模件的内部处理过程，跟踪过程控制与PLC和计算机的发展等。通过采用连续功能图(SFC)，功能块图(FBD)或几等 编程语言，ISaGRAF生成独立于硬件的可执行代码，从工作站平台下装到现场设备后实现对过程设备的监测、控制和管理。
2.ISaGRAF 的变量和功能块
ISaGRAF中的变量由变量字典定义。变量没有物理地址，但可以有网络地址，并可以驻留内存中。变量可按类型分为布尔型、模拟型、时间型、信息型和功能块。变量也可按作用域分为全局型和局部变量两类。ISaGRAF的变量有内部、输入、输出、整型或实型(对模拟量)等属性。硬件设备I/O具有全局范围。 变量的名称可由16个字母和数宇组成的符号表示。
(1) 布尔型变量：
布尔型变量取值True及False·两种。
(2) 模拟型变量
模拟型变量的取值为32位带符号的整数，如123，——12，16#FCE，8#1756，2#010等;也可取32位带符号的浮点格式，如 123.0，1.765E+03等。变量值可以直接转换到各模拟I/O点，并可由点名表域C函数予以描述。
(3) 时间型变量
时间型变量的基本单位为1毫秒。用于t#1h450ms的格式来描述，且在范围0-t#23H59m59s999ms之内。时间变量由定时器实现启停控 制，时间变量值一般只能增加而不能下降。
(4) 信息变量
以单引号括住的任意字符串(除O外)都可以作为信息变量，大长度为25个字符。
(5) 元件库
元件库由功能子程序和功能块子程序两大类构成。功能子程序(Functions)可以有多达31个的调用函数，但只能有一输出参数，返回值一般就是这个参 数值，且用该功能名来命名。功能块(F.Block)可以接受32个VO输人参数，可以有多个输出参数，且每一个功能块在使用中都应定义唯一的名字。功能 块可以由FBD、①、Sr及IL等写成，也可由C语言编写生成。
3.FBD编程简介
虽然梯形图(LD)编程具有直观的特点，但因ID只能用于布尔型，所以目前较常用的是FBD功能块编程。FBD可以采用布尔型和模拟型等变量，适用于广泛 的工业过程监控和管理，并且有大量的功能块库函数供编程使用。FBD编程中使用公用Common、全局bbbbbb和局部Local三种变量域。公用和全 局之间的区别是公用可以由任意程序调用，而全局变量只能由一个程序来调用。用ISaGRAF进行程序开发的步骤如下：步：建立程序组和选择实现方法 (SFC、FBD等);
第二步：定义程序结构，如主循环、主顺序结构、各功能块等;
第三步：定义变量，如全局变量、布尔变量、时间变量等;
第四步：设计程序，如编制非SFC程序代码，绘制FBD或ID图等;
第五步：连接输入和输出，如定义PLC I/O模件，将IlO变量与通道连接等;
第六步：运行代码生成，如进行编辑选项设置、生成列表、调试等;
第七步：仿真验证并下装运行。仿真功能可由ISaGRAF的模拟功能提供。ISaGRAF可提供模拟的I/O点信号。
ISaGRAF可以用图1的项目管理器来进行编程开发。选择creation可新建一个项目，选择procl进行该项目的编程管理。选择菜单条的EDIT 时打开项目编程管理窗口如图2所示。该图中示出了ISaGRAF程序组织运行的五个部分即Begin(开始)、Sequential(顺序执行)、 end(结束)、Functions(功能调用)、F.Blocks(功能块)。
4.ISaGRAF的运行
ISaGRAF的运行逻辑如图3，ISaGRAF运行时序框图如图4。ISaGRAF开始运行后即扫描输入变量，输入变量值在执行周期中保持不变。核心软件以同步方式运行。执行周期的长短设置取决于所执行程序段的复杂性、循环周期中待执行程序的尺寸大小、以及所处理的变量数目等。输出变量只在数值有改变时 才更新，程序运行期间核心软件采用内部变量。若实际大于设置的运行周期，则程序溢出。如图3主程序运行后进人初始状态，由运行条件触发后进人正常执行部 分，正常时序由停止运行条件返回初始状态，故障时程序进入限制部分，然后返回初始状态。若实际运行时间小于设置时间，则程序进入等待初始状态，待下一个周期到来再启动下一程序循环执行周期。在一个执行周期中可以设置断点进行调试。程序的组织结构如图5所示。其中main和P2称为主程序或父程序，可由 ISaGRAF自动启动运行。其下一级如SI，NP，IJ及P29等被称作孩儿(Child)程序。ISaGRAF规定孩儿程序只能由自己的父程序调用， 如P110孩儿程序不能由P2父程序调用(除非将P110设置为全局变量)。一个孩儿程序只能有一个父程序，而父程序只能控制自己的孩儿程序。 ISaGRAF也提供了子程序(Subprogram)，子程序结构可以用于父程序和孩儿程序段中，子程序可以供主程序调用，且可以有多达31个调用参 数;只返回一个值(通常(Functions)及功能块程序(FunctionBlocks)，这些功能(块)程序是通用的，不专用于特殊的主程序，它们位ISaGRAF程序段尾处。
5.ISaGRAF在MAXl000+PLUS分散控制系统的应用实现
MAXl000+PLUS分散控制系统在其组态工具MAXVlJE中集成了ISaGRAF，构成MCS公司的IEC1131—3 ToolSet。该TooLSet由向OInternational公司购买的ISaGRAF和MCS公司对其所做扩充构成。该ToolSet可提供对 IECll31--3五种程序语言的工作站图形组态功能，以及在分散处理单元DPU上的仿真调试和文本管理功能。扩充部分主要功能为：
(1) PIID和项目代号
数据标识FrlD(Pointldentifier)和项目代号(ItemNumber)是MAX系统利用ISaGRAF的两个基本术语和概念。PTID 和Item与MAX系统中的对象属性区别不大，其英语描述易于记忆。简单来说，PTID是对数据对象的唯一描述，而Item是对该对象特性的一种规定。
(a) PTID
PTID是对数据对象的唯一描述，如1# 槽/控制块对象，5#数据点/块，44#模入缓冲区等，都是FTID可描述的对象。FTID一般由DPU中双字节定义，其中高位字节定义I/0卡型号或点 的类型，低位字节点定义点的编号，如OX3000的高字节30表示DPU系统/硬件标志，低字节00表示运行状态(RIJNSTATE);
(b) ITEM
项号ITEM编号从0至255(即0x00至 0xFF)，用以描述一个MAX对象的属性，如PID算法对象的PV值、信号极限值等(注意，此处将算法也看作一个对象)。例如0xA0项号，表示一个功能块的模拟输出属性，无论该功能块为数据计算功能块还是PID功能块均适用。
(2) MCS的扩充功能块
在MCS的逻辑控制中大量使用了扩充功能块，如GEF功能块C—g
1 气力输灰系统原理
火力发电厂重视环保，更重视废物综合利用。为实现电输尘下来的粉煤灰综合利用，已广泛采用气力输灰系统。图1是一个电输尘斗下，一组发送器的气力输送示意 图，共有4个工作过程：①打开半球阀，让上面的物料落下;②物料到料位计时，半球阀关闭;③半球阀充压，打开进气减压阀门，增压使物料成灰栓，送入灰 库;④当灰栓被送入灰库后，压力开始下降，被压力开关检测到下降沿后，关闭进气减压阀门，开始下一个循环。
2 气力输灰系统中PLC的作用
在以前的粉煤灰输送过程中，由于机械输送控制逻辑简单，一般采用继电器阵列控制。气力输送系统是近两年才被广泛应用的，所以控制系统的设计、制造还不完善。有的沿用了继电器阵列控制，有的采用了单片机控制，也有采用单PLC控制的，大部分是照搬国外的控制系统，或国外引进设备自带的控制系统。本文介绍自行设计、采用PLC控制、且上位机监控双机热备用，下位机为远程I/O双机热备用的气力输灰监控系统。PLC双机热备用控制的主要目的是加强设备的可靠性，提高自动化程度，增加人机界面，减轻操作人员的劳动强度，达到自动排除故障、自动报警等目的。在气力输送系统的4个工作过程中，PLC发出指令打开进 料阀;等到料位计满时，反馈至PLC输入端，进行分析判断后发出指令，打开气封阀、进气阀，进行粉煤灰输送;当输送结束时，压力开关检测到下降沿，反馈至 PLC输入端，PLC发出指令，关闭进气阀、气封阀，打开进料阀，开始下一个循环。
当多个输尘电场的灰斗同时运行时，其工艺流程如图2所示。从图中可以看出，如果使压缩机在某个瞬时耗气量小的话，首先要把各电场的发送时刻错开，由于一电场耗气量大，所以在同时发送时，一电场优先，等一电场发送完毕后，再发送其他电场。
3 气力输灰系统监控要求
某电厂气力输灰控制系统要求能处理2台 300MW燃煤机组锅炉的电输尘粉煤灰，共有4个输尘电场，64个灰头，每台机组有各自的粉煤灰气力输送系统和库顶切换阀。公用系统为空压机气源、灰库， 为冗余设计。要求在线运行的各系统一旦发生故障，其备用系统立即投入运行，以确保气力输灰系统每天24h连续自动运行。整个气力输灰控制系统需监控的现场 设备有：①l0只压力变送器监测气源压力和输送压力，以便判断系统是否堵塞，3只电流变送器监测空压机电流变化;②40个干接点，监测阀门、气源空压机启 停系统等;③380只电磁阀，气动阀。
要求整个系统实行程序控制并能对现场设备、过程参数、报警等进行实时监控，同时具备语音报警功能和打印过程参数、报警状态的实时打印功能。
4 监控系统的硬件配置与工作原理
4.1 硬件配置
根据气力输灰控制系统现场设备的开关量点数、模拟量的通道数及监控要求，设计了图3所示气力输灰控制系统。上位机采用2台IP610工控机，同时监控现场运行设备，将现场设备的工作状况实时显示在2台上位机的显示器上，人机界面采用 Intach公司的工业控制组态软件Intach7.0组态而成。上位机与下位机通过AB公司自带PLC5的以太网接口相连接，数据通过加装在上位机内的 以太网卡传输至PLC5-L40E，通信协议为TCP/IP，并通过Hub接口可远传，或上因特网。从站主要作用是控制现场设备，可以通过两线制的DH+ (data highway)网被主站遥控，距离达2km以上，这样不但节省电缆，而且布置灵活方便。各从站独立，一个从站出故障不影响另一从站。
4. 2 双机冗余和热备用
在单一主机系统中，当主机需要检修或出现故障时，整个系统将停止运行，为了避免这一情况，我们采用计算机双机冗余。当系统正常工作时，主副机都启动，但副机并不采集实时数据，而是通过网络从主机获取实时数据，同时负责对主机的监视。在主机停机后，副机采集数据，并完全取代主机的功能，主机恢复运行后，副机 停止数据采集，系统恢复到正常状况。
下位机通过1785-BCM热备模块进行双机热备，即正常情况下2台PLC同时运行，但将其一台 PLC5-L40E1设置为主控，执行控制工作，另一台 PLC5-L40E2处于热备状态，接收信号，进行监视。当主控PLC5-L40El发生故障时，备用PLC5- L40E2取得控制权，执行控制任务。直到原主控 PLC5-L40E1恢复正常为止，现场信号的采集和控制信号的输出由1771-ASB通过1771系列I/O模块实现。
热备用功能包括：①实时数据热备：正常情况下由主机采集数据，副机通过网络获得数据，并以一定时间间隔向主机发出请求，主机应答表示工作正常;如果一段时间内主机不能应答，副机将认为系统异常，切断与主机的网络传输，同时接通数据采集功能，直接从下位机设备获取数据，当主机恢复运行后，副机停止采集数据， 改由网络获取。②历史数据热备：当副机作为备机工作时，从网络获取数据的同时，也进行历史数据的备份。当主机失效时，副机代替主机进行数据采集，同时继续记录从下位机上传的数据;当主机恢复后，副机向主机的历史数据库拷贝其丢失的数据，所以历史数据库在主副机上都有完整的备份。
5 软件设计
气力输灰控制系统软件设计由上位机人机界面、PLC控制程序及热备冗余程序3部分组成。
上位机组态软件完成：①设定系统各设备的投运状态，如开关量，模拟量，压力上、下限，数值变化和柱状图等，以及物体流动、灰柱运动或堵管;②设定系统的运 行方式：如就地手动、设备软手操作、自动等;③记录现场数据，如记录历史趋势，显示实时趋势，打印报表，语音报警等。
下位机根据上位机发来的信息执行相关的操作并向上位机发送各设备的运行状态和报警信息。
热备冗余程序设计是整个气力输灰控制系统的难点，也是气力输灰系统能否成功的技术关键。对于 PLC5来讲，也就是实时数据块在PLC5主机和 PLC5副机之间的拷贝过程，如图4所示。
首先由主机把冗余数据(如现场开关状态、模拟量、计时器、计数器数值等)写入热备模块BCMl的高速缓存器内，BCMl立刻传送到BCM2的高速缓存器 内，由PLC5副机每间隔50ms实时读取，并保存。如在50ms内PLC5副机读不到PLC5主机发来的数据，则认为主机故障，PLC5副机立刻接通 BCM2至DH+，并断开BCMl至DH+，当PLC5主机恢复正常后，拷贝过程正好相反。
6 结语
本气力输灰控制系统经过近1年的设计、编程及现场安装调试，已于2000年3月通过验收，在 3 800MW的沙角电厂A厂投入使用，迄今运行情况良好
