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謝海霞 付善增

1  引言

        隨著企業(yè)信息化建設(shè)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)在廠內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。廠調(diào)度室為了更加有效地進(jìn)行管理，及時(shí)了解乙烯裝置的運(yùn)行情況，隨時(shí)查看工藝數(shù)據(jù)，委派計(jì)算機(jī)維護(hù)部門把烯烴分廠DCS（Distribute Control System，集散控制系統(tǒng)）系統(tǒng)的部分工藝過程數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度局域網(wǎng)上，以便企業(yè)調(diào)度人員隨時(shí)在辦公室查看所關(guān)心的實(shí)時(shí)工藝數(shù)據(jù)，隨時(shí)定制打印所需報(bào)表。

2  當(dāng)前系統(tǒng)現(xiàn)狀及計(jì)算機(jī)化技術(shù)上的可能性

        當(dāng)前系統(tǒng)指當(dāng)前還未開發(fā)，用戶已經(jīng)在使用的，滿足其工作流程的物理系統(tǒng)。當(dāng)前系統(tǒng)下，調(diào)度人員需要每日去控制室查看所需數(shù)據(jù)，或收取現(xiàn)場打印的報(bào)表，然后，再把這些數(shù)據(jù)重新統(tǒng)計(jì)匯總成所需的報(bào)表上報(bào)。當(dāng)前系統(tǒng)從人為干預(yù)改變?yōu)橛?jì)算機(jī)管理的關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)與調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的通訊。只有將現(xiàn)場的過程數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度網(wǎng)絡(luò)并且存儲(chǔ)后，網(wǎng)絡(luò)用戶才能夠使用應(yīng)用軟件訪問數(shù)據(jù)。下面詳細(xì)介紹有關(guān)內(nèi)容。

2.1  乙烯DCS系統(tǒng)介紹

        DCS是計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)、圖形顯示技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程控制和過程管理的控制系統(tǒng)，多臺(tái)CPU分散應(yīng)用于過程控制，通過通訊總線、CRT顯示器、鍵盤打印機(jī)等又能高度集中地操作、顯示和報(bào)警。

        北京東方石油化工有限公司東方化工廠計(jì)控分廠乙烯裝置使用的DCS是日本橫河公司的CENTUM-XL，是八十年代的技術(shù)，與PC機(jī)的通訊能力較弱，不能夠安裝網(wǎng)卡直接與PC機(jī)通訊，只能使用其專用的通訊設(shè)備ECGW（現(xiàn)場通訊門路單元）進(jìn)行。但ECGW設(shè)備較昂貴，需要上百萬的投資，企業(yè)暫時(shí)沒有這筆預(yù)算，所以考慮使用串行通訊的方法。

        CENTUM-XL系統(tǒng)中的EOPS（現(xiàn)場操作站）是控制系統(tǒng)的人機(jī)接口，主要用于工藝人員進(jìn)行操作。EOPS可以安裝RS81卡（RS-232C Communication card），它支持串行通訊，共提供了4個(gè)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)串口，其中一個(gè)串口連接了一臺(tái)ERPT2（打印機(jī)），還有三個(gè)串行口未用，為串行通訊提供了可能。CENTUM-XL系統(tǒng)提供了Basic功能，可以編程向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，能夠完成數(shù)據(jù)發(fā)送的任務(wù)。

2.2  調(diào)度局域網(wǎng)介紹

        從地域范圍方面劃分，網(wǎng)絡(luò)可分為局域網(wǎng)（Local Area Net）和廣域網(wǎng)（Wide Area Net）。在調(diào)度樓，利用WindowsNT4.0系統(tǒng)（服務(wù)器用）、Windows95/98系統(tǒng)（客戶機(jī)用）作為組建網(wǎng)絡(luò)的軟件，利用網(wǎng)卡、網(wǎng)線、HUB（集線器）等硬件把調(diào)度樓的若干計(jì)算機(jī)組建成星形的局域網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)文件夾共享，能夠映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器。例如：服務(wù)器的標(biāo)識(shí)為server，在服務(wù)器的D驅(qū)動(dòng)器下有一個(gè)文件為example.mdb，在其它的客戶機(jī)上寫代碼時(shí)，對(duì)服務(wù)器文件\\server\d:\example.mdb的訪問可以將\\server\d:映射為本地盤符，如：映射為本地H驅(qū)動(dòng)器。應(yīng)用程序可以直接對(duì)本地的H:\example.mdb操作。

2.3  串行通訊技術(shù)介紹

        串行通訊是指以字符的形式傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)通信對(duì)象遠(yuǎn)離主機(jī)時(shí)，采用串行通訊方式很有效，不但省硬件，而且可使用現(xiàn)存的通信信道（如電話），故串行數(shù)據(jù)傳送被廣泛使用。而RS-232C是常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間的接口。設(shè)備之間的連接常采用直接地或間接地通過調(diào)制解調(diào)器的方法。

2.4  數(shù)據(jù)接收相關(guān)技術(shù)介紹

        數(shù)據(jù)的接收在一臺(tái)PC機(jī)上進(jìn)行，利用PC機(jī)的串口接收EOPS發(fā)送出的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)后，需要將數(shù)據(jù)文件存放在文件服務(wù)器上，所有的客戶端都通過服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)文件，服務(wù)器相當(dāng)于一個(gè)大容量的硬盤，各個(gè)客戶機(jī)上的應(yīng)用程序通過盤符映射的辦法共享服務(wù)器上的文件。

        接收數(shù)據(jù)時(shí)，選用Visual Basic（VB）作為開發(fā)語言。因?yàn)?/SPAN>VB提供了開發(fā)Windows應(yīng)用程序的最快速、最簡潔的方法。同時(shí)，選用Access作為數(shù)據(jù)庫軟件，因?yàn)樗С侄鄠€(gè)用戶以共享方式打開數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢，能夠滿足多用戶數(shù)據(jù)訪問的需求；并且Access數(shù)據(jù)庫可以用VB直接操作，方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的編程。Access數(shù)據(jù)庫文件格式為*.mdb。

2.5  計(jì)算機(jī)化程序模塊圖

        筆者把要開發(fā)的軟件稱為乙烯DCS與PC通訊軟件。通訊系統(tǒng)的主要功能是完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和數(shù)據(jù)的接收。為了數(shù)據(jù)的使用，還需有數(shù)據(jù)庫的建立和應(yīng)用軟件的開發(fā)。圖1所示為乙烯DCS與PC通訊系統(tǒng)模塊圖。

圖1  乙烯DCS與PC通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3  具體設(shè)計(jì)及實(shí)施步驟

3.1  EOPS與PC通訊時(shí)的硬件連接

        初期實(shí)驗(yàn)階段，為了數(shù)據(jù)發(fā)送程序、接收程序的調(diào)試，PC機(jī)可放在控制室，與EOPS采用直接電纜連接。實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用遠(yuǎn)距離的連接方式。下面介紹這兩種連接方式：

        (1)  直接電纜連接

        如圖2所示，EOPS的COM接口（串口）與PC的COM接口用一條串行電纜連接。采取直接電纜連接，需在烯烴分廠控制室安放一臺(tái)計(jì)算機(jī)，利用這臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、存放。EOPS串口為25針接口，PC機(jī)串口為9針接口。

圖2  EOPS串口與PC機(jī)串口電纜接線圖

        (2)  在EOPS與服務(wù)器之間建立遠(yuǎn)距離連接

        實(shí)施時(shí)，采用遠(yuǎn)距離傳送方式，圖3給出了遠(yuǎn)距離的硬件連接圖。

圖3  CENTEM-XL與調(diào)度網(wǎng)通訊的硬件連接圖

        這種方式下，調(diào)度網(wǎng)中的服務(wù)器充當(dāng)接收PC，數(shù)據(jù)直接存放在服務(wù)器上。這樣可以縮短客戶機(jī)訪問數(shù)據(jù)的響應(yīng)時(shí)間，并且可以節(jié)省一臺(tái)微機(jī)的花銷。服務(wù)器與EOPS之間使用一對(duì)Modem，速率設(shè)置為9 600b/s，Modem1設(shè)置為呼叫方，Modem2設(shè)置為自動(dòng)應(yīng)答方，使用專用電話線連接，這相當(dāng)于在服務(wù)器與EOPS之間建立了專線，專門用于數(shù)據(jù)傳輸。EOPS發(fā)送出來的數(shù)據(jù)直接存放在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，做為共享數(shù)據(jù)，供各工作站的應(yīng)用程序使用。

3.2  DCS數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送

        乙烯DCS系統(tǒng)采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，包括監(jiān)視點(diǎn)、控制點(diǎn)，總共兩千多點(diǎn)，但調(diào)度室最需要的是某些重要點(diǎn)的測量值和一些物料消耗工位的累積量值，暫時(shí)需要傳送的數(shù)據(jù)為一百個(gè)。發(fā)送端可以向串口發(fā)送20行數(shù)據(jù)，每行5個(gè)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)由工位號(hào)及其測量值組成。

        在控制室，任選一臺(tái)已經(jīng)安裝RS81卡的操作站（EOPS），作為數(shù)據(jù)通訊的發(fā)送端。任選一個(gè)未用串口作為數(shù)據(jù)的發(fā)送端口，調(diào)整速率設(shè)定開關(guān)，選擇最高速率9 600b/s，當(dāng)前通訊設(shè)備都支持這一速度。把設(shè)置好的Modem1接到選定好的串口上，并連接上電話線。在EOPS的BASIC編程模式下，編制數(shù)據(jù)發(fā)送程序，主要使用數(shù)據(jù)采集和打印語句。例如：

        PRCSRD “10FC102A.PV,10FC104A.PV,10TC103.PV, 10LC100A.PV,10FC108A.PV”;A1,A2,A3,A4,A5

        PRINT “10FC102A”,A1,“10FC104A”,A2,“10TC103”,A3, “10LC100A”,A4,“10FC108A”,A5

        發(fā)送采用數(shù)據(jù)塊的形式，一個(gè)數(shù)據(jù)塊（即20行的數(shù)據(jù)）發(fā)送完畢，等待足夠時(shí)間，以保證接收端接收并處理完數(shù)據(jù)，然后再重復(fù)發(fā)送，這樣可以免去收發(fā)雙方的握手過程。如果用戶對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)程度的要求不是非常高，可以把數(shù)據(jù)刷新的間隔加大一些，以減輕EOPS的CPU的負(fù)荷。發(fā)送過程如圖4所示。

圖4  數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖

        說明：指定輸出設(shè)備是指具體使用哪個(gè)RS-232C口；獲取過程數(shù)據(jù)即利用PRCSRD語句把過程數(shù)據(jù)取到變量中，過程數(shù)據(jù)可以是測量值（PV）、設(shè)定值、輸出值等，主要獲取PV值；發(fā)送數(shù)據(jù)用PRINT語句發(fā)送工位號(hào)及對(duì)應(yīng)過程數(shù)據(jù)，工位號(hào)的發(fā)送是為了接收端對(duì)數(shù)據(jù)的識(shí)別。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)需保持一定的格式，如：工位號(hào)占8位，數(shù)據(jù)占10位，方便接收端接收。采用目前的通訊方式，發(fā)送、接收和處理100個(gè)數(shù)據(jù)需要兩分鐘的時(shí)間。發(fā)送程序是一個(gè)循環(huán)發(fā)送的過程，所以必須以實(shí)時(shí)方式運(yùn)行，即把程序放在后臺(tái)執(zhí)行，它的執(zhí)行與前臺(tái)操作無關(guān)，不會(huì)影響操作工的日常工作。