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白  雷，沈安文，鄭定富

1  前言
目前DCS在過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其基本結(jié)構(gòu)為工業(yè)控制計算機(jī)/現(xiàn)場控制儀表或控制單元模塊/現(xiàn)場控制對象和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三層。工業(yè)控制計算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程信息、模擬畫面顯示、控制回路組態(tài)、生產(chǎn)過程優(yōu)化處理、運(yùn)行趨勢報表顯示等功能；現(xiàn)場控制儀表及控制單元模塊完成過程數(shù)據(jù)I/O、直接數(shù)字的過程控制、設(shè)備監(jiān)視和系統(tǒng)測試診斷等功能；執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制對象則接收控制信號實(shí)施最后的操作。目前，國內(nèi)外多家組態(tài)軟件公司提供了功能強(qiáng)大、應(yīng)用方便的組態(tài)軟件，用于DCS各層之間的協(xié)調(diào)連接和數(shù)據(jù)共享，在工控機(jī)上采用組態(tài)軟件編程成為DCS的一種趨勢。全中文工控組態(tài)軟件MCGS（Monitor and Control Generated System，通用監(jiān)控系統(tǒng)）是一套用于快速構(gòu)造和生成計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決工程實(shí)際問題的方案，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
筆者承擔(dān)了湖北大冶鐵礦球團(tuán)廠全過程自動化的改造項目。大冶鐵礦豎爐球團(tuán)采用自制煤氣供其他工段使用，為達(dá)到穩(wěn)定供氣目的，采用DCS對出口煤氣的流量、壓力等參數(shù)進(jìn)行了控制。重慶宇通公司（以下簡稱宇通公司）生產(chǎn)的ST2000是現(xiàn)場采用的數(shù)據(jù)采集單元，MCGS沒有提供其設(shè)備驅(qū)動，在實(shí)際應(yīng)用中用戶需要利用組態(tài)軟件提供的接口規(guī)范自行編制，本文研究了ST2000智能儀表在MCGS下的設(shè)備驅(qū)動開發(fā)問題。
2  系統(tǒng)分析
制氣工段中，我們共設(shè)置3臺ST2000儀表對現(xiàn)場30個數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)送到主機(jī)，即研華610工控機(jī)上，通過主機(jī)與其他輸入輸出設(shè)備溝通。ST2000與主機(jī)之間采用422/485接口連接，其硬件系統(tǒng)圖如圖1所示。

 
圖1  ST2000數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)圖

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在整個煤氣發(fā)生爐控制系統(tǒng)里實(shí)際上是一個數(shù)據(jù)源，在現(xiàn)場運(yùn)行的環(huán)境下，必然要求數(shù)據(jù)的及時與可靠。考慮到整個軟件系統(tǒng)的運(yùn)行周期以及硬件設(shè)備的執(zhí)行周期，設(shè)置構(gòu)件的調(diào)用周期為1s。同時，因為有多臺儀表同時運(yùn)行，考慮到該工程量大、一次性投資多等原因，為避免設(shè)備構(gòu)件的重復(fù)使用，擬訂用單設(shè)備構(gòu)件采集多設(shè)備。
宇通公司生產(chǎn)的ST2000智能儀表是一種集數(shù)據(jù)采集、控制、顯示、傳輸及輸出為一體的現(xiàn)場可操作儀表。可按程序自動完成模擬量和數(shù)字量的輸入輸出，同時與上位機(jī)按照203_Optomux協(xié)議進(jìn)行通信，通訊端口為COMM232。在大冶鐵礦煤氣發(fā)生爐控制系統(tǒng)中，該儀表用來實(shí)現(xiàn)工作現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換。
3  設(shè)備驅(qū)動的開發(fā)
ST2000提供了可供用戶使用的串行通信協(xié)議，它提供了多種讀寫指令，由于這里只進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，選取讀指令格式為：

其返回指令格式為：

整個通訊過程為：在一個數(shù)據(jù)采集周期內(nèi)，上位機(jī)調(diào)用ST2000設(shè)備驅(qū)動，向ST2000儀表發(fā)送讀指令，同時準(zhǔn)備接收返回的數(shù)據(jù)；ST2000收到上位機(jī)發(fā)送的指令，自動校驗并識別指令含義及其所帶信息，將指令要求的數(shù)據(jù)以返回格式發(fā)送給上位機(jī)；上位機(jī)收到應(yīng)答指令，校驗并解析指令識別數(shù)據(jù)。
通訊設(shè)置為：
 

MCGS系統(tǒng)提供了一套可擴(kuò)充的接口規(guī)范和配套的高級開發(fā)工具包來開發(fā)擴(kuò)充構(gòu)件，以多種方式與其他應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互，以滿足各方用戶的需求。
MCGS用Active DLL構(gòu)件的方式來實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動程序，通過規(guī)范的OLE接口掛接到MCGS中，使其構(gòu)成一個整體，由于設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件和MCGS運(yùn)行在同一個進(jìn)程內(nèi)，故設(shè)備構(gòu)件運(yùn)行速度快，可靠性高，不存在傳統(tǒng)DDE方式連接時的數(shù)據(jù)流通不暢和傳輸速度慢等問題。同時，OLE是一個可擴(kuò)充的開放標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)不同語言軟件之間的相互操作。
MCGS把實(shí)際外部設(shè)備分為獨(dú)立的設(shè)備、父設(shè)備和子設(shè)備三類，獨(dú)立設(shè)備是可獨(dú)立工作，完成特定數(shù)據(jù)輸入輸出功能的設(shè)備，如PC接口卡；父設(shè)備是本身不處理數(shù)據(jù)輸入輸出，但起到管理其它設(shè)備工作的設(shè)備，如串行口設(shè)備、IDCN-893的通訊卡；子設(shè)備是本身具有處理數(shù)據(jù)輸入輸出的功能，但只有和對應(yīng)的父設(shè)備一起才構(gòu)成完整工作系統(tǒng)的設(shè)備，如PLC設(shè)備、帶智能通訊功能的儀器儀表等。MCGS提供通用串口父設(shè)備構(gòu)件，可直接掛接子設(shè)備和設(shè)置通訊屬性。
利用MCGS組態(tài)軟件的多語言支持功能和所帶的豐富的接口函數(shù)，很容易地進(jìn)行編程，考慮到VB的簡潔和工整，可利用它進(jìn)行開發(fā)工作。同時，利用MCGS提供的在線測試功能，可靈活的進(jìn)行程序的在線調(diào)試。
需要注意的是，在編制設(shè)備構(gòu)件程序的過程中，兩個接口函數(shù)即RunDevCommand()和CollectDevDat()的運(yùn)用。這兩個接口函數(shù)分別對應(yīng)“設(shè)備命令”和“采集數(shù)據(jù)”兩個設(shè)備構(gòu)件的基本功能。用戶在編制程序時遇到需要分批采集數(shù)據(jù)，如采集多個同類設(shè)備，就要考慮到時序配合的問題。RunDevCommand()接口用于用戶自己定制命令，完成特殊功能，一般用來讀寫單個數(shù)據(jù)，而CollectDevDat()接口則可進(jìn)行數(shù)據(jù)的批量讀寫，且可以直接和MCGS的組態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫中的變量聯(lián)系起來，較前者更方便可靠。

 
圖2  MCGS設(shè)備構(gòu)件開發(fā)流程圖

MCGS內(nèi)部的ST2000通訊狀態(tài)可由其通訊測試圖來顯示。ST2000回路控制器作為一個數(shù)據(jù)源通過組態(tài)同工程其他環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)工作，協(xié)助實(shí)現(xiàn)控制策略、實(shí)時報表、界面演示等功能。
不同設(shè)備，它所支持的通訊協(xié)議不同，其驅(qū)動程序的編制也就不盡相同。但只要給出其數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，在掌握開發(fā)工具的條件下開發(fā)驅(qū)動，對于一般編程人員，都不是一件難事，驅(qū)動程序大致的開發(fā)流程如圖2所示。
4  結(jié)語
圖3為實(shí)際運(yùn)行時ST2000的數(shù)據(jù)顯示界面。經(jīng)長期運(yùn)行檢驗，該驅(qū)動程序效果良好，保證了數(shù)據(jù)采集的及時可靠，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)控制算法提供了準(zhǔn)確穩(wěn)定的數(shù)據(jù)來源。

圖3  ST2000數(shù)據(jù)顯示界面

隨著科技的日新月異，各種先進(jìn)設(shè)備不斷涌現(xiàn)，給從事流程工業(yè)控制的工程人員帶來前所未有的挑戰(zhàn)。開發(fā)設(shè)備驅(qū)動不論是對于軟、硬件開發(fā)工程人員還是對于第三方的專業(yè)、業(yè)余開發(fā)者或用戶來說，都越來越成為必要的技能。本文所介紹的在MCGS環(huán)境下開發(fā)智能型多功能儀表，方便易懂，簡潔明了，已經(jīng)成功運(yùn)用于大冶鐵礦球團(tuán)廠自動化改造項目中，具有較高的參考價值。

參考文獻(xiàn)：
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