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梅銳 熊輝
隨著“以信息化促進(jìn)工業(yè)化”口號(hào)的提出，越來(lái)越多的企業(yè)專重于企業(yè)信息化的發(fā)展，DCS分布式控制系統(tǒng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)。而在應(yīng)用分布式控制系統(tǒng)的同時(shí)，面臨著各種智能儀表和繁多的老設(shè)備再應(yīng)用問(wèn)題。如何將這些設(shè)備順利接入控制系統(tǒng)，提高控制系統(tǒng)的使用效率和降低企業(yè)改造成為一個(gè)難點(diǎn)；另一方面，隨著控制系統(tǒng)與上層管理系統(tǒng)的日益融合，企業(yè)管理人員需要及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀況，從而打破“信息化孤島”的限制。這些都要求分布式控制系統(tǒng)本身具有良好的開(kāi)放性。目前來(lái)說(shuō)，支持多少種第三方設(shè)備，提供多少種向外接口方式，已成為衡量一套DCS性能好壞的重要指標(biāo)之一。
北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司推出的第三代分布式控制系統(tǒng)―SmartPro系統(tǒng)是一款優(yōu)秀的系統(tǒng)。它集成了人機(jī)界面軟件FacView和控制算法軟件ConMaker。其中其人機(jī)界面軟件使用靈活、功能強(qiáng)大。它既擁有豐富的圖庫(kù)，而且具有豐富的軟件接口功能，包括DDE/NETDDE、OPC、ODBC、Internet遠(yuǎn)程訪問(wèn)功能等，而且其提供的代碼功能能夠完成低速的串口編程能力。另外，它還提供DDK開(kāi)發(fā)工具包，工程技術(shù)人員在其框架內(nèi)就能完成某設(shè)備的驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)，并集成入該系統(tǒng)；SmartPro系統(tǒng)的分布式設(shè)計(jì)，以及靈活多變的工程組態(tài)方式可以幫助你解決許多實(shí)際的問(wèn)題。總之，該系統(tǒng)不僅可以作為優(yōu)秀的DCS人機(jī)界面工具，而且在建立企業(yè)REALMIS方面發(fā)揮一定的作用。下面結(jié)合筆者的工程實(shí)際，簡(jiǎn)單介紹SmartPro系統(tǒng)在通信接口和管理網(wǎng)方面的應(yīng)用。
1 概要設(shè)計(jì)
某單位新老兩套鍋爐控制先后均采用了北京和利時(shí)公司DCS系統(tǒng)，型號(hào)分別是SmartPro和HS2000。根據(jù)用戶要求，上層將建立專用管理網(wǎng)并配置兩臺(tái)管理監(jiān)視站，對(duì)兩套DCS的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合監(jiān)視。管理監(jiān)視站計(jì)算機(jī)軟件上采用和利時(shí)公司的FacView作為監(jiān)控平臺(tái)，均運(yùn)行獨(dú)立工程，其中任一臺(tái)退出不會(huì)影響另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行。
兩臺(tái)管理站分別位于兩鍋爐房辦公室，相距800米，采用多模光纖作為通訊介質(zhì)。新鍋爐動(dòng)力系統(tǒng)共采用了23臺(tái)艾默生不同系列變頻器，此次需要連入SmartPro系統(tǒng)。其中EV2000共19臺(tái)，TD1000共4臺(tái)。通訊協(xié)議均為該變頻器專用協(xié)議。
綜合以上要求，在該項(xiàng)目中，通訊接口成為該項(xiàng)目實(shí)施的重點(diǎn)。筆者根據(jù)需求將項(xiàng)目的通訊劃分為三個(gè)方面，整個(gè)通訊接口包含三部分，分別是：管理網(wǎng)與HS2000系統(tǒng)通訊接口；SmartPro系統(tǒng)與管理網(wǎng)通訊接口；SmartPro系統(tǒng)與艾默生變頻器串行通訊接口。
整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
2 HS2000與管理網(wǎng)通訊
(1) HS2000網(wǎng)關(guān)
圖2 數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)
HS2000系統(tǒng)為和利時(shí)公司早期產(chǎn)品，運(yùn)行平臺(tái)為DOS6.22，開(kāi)放性較差，不具有NETDDE、OPC這類進(jìn)程間通訊方式，其系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為5M ARCNET。為實(shí)現(xiàn)與管理網(wǎng)的接口，HS2000需配制專用網(wǎng)關(guān)完成數(shù)據(jù)向以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，并采用自定義數(shù)據(jù)格式以UDP的方式，周期性地向管理網(wǎng)廣播。廣播包結(jié)構(gòu)如圖2所示。
其中，VALUE為包含各種數(shù)據(jù)類型的聯(lián)合，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)占四個(gè)字節(jié)，所有數(shù)據(jù)均以實(shí)型方式發(fā)送（包括開(kāi)關(guān)量點(diǎn)）。網(wǎng)關(guān)僅發(fā)送點(diǎn)值，客戶端程序在處理接收數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)與網(wǎng)關(guān)發(fā)送順序保持嚴(yán)格一致。點(diǎn)名信息文件（Outpoint.inf）由相關(guān)程序編輯生成。
(2) 管理站配置
UDP協(xié)議是一種對(duì)等通信協(xié)議，沒(méi)有固定的服務(wù)端和客戶端，即發(fā)送端和接受端同時(shí)充當(dāng)服務(wù)器和客戶機(jī)。FacView并不直接支持對(duì)網(wǎng)關(guān)通訊格式的轉(zhuǎn)換，因此單獨(dú)開(kāi)發(fā)了基于UDP的通訊接收程序。FacView提供了一套驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)包，并開(kāi)放了部分通訊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可用來(lái)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。通訊程序編制與后面“SmartPro與變頻器接口”類似，只是對(duì)以太網(wǎng)的操作采用了Windows的Socket套接字。
3 SmartPro與管理網(wǎng)通訊
(1) 服務(wù)端配制
通訊實(shí)現(xiàn)上采用NETDDE方式。NETDDE即基于網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，該方式是采用Windows消息傳遞方式，來(lái)完成不同主機(jī)上不同應(yīng)用程序間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸與交換過(guò)程。實(shí)現(xiàn)上采用Client/Server方式。Windows配置了專用的通信程序DDEML（DDE管理庫(kù)）完成客戶端和服務(wù)端的數(shù)據(jù)傳輸。
新鍋爐房SmartPro系統(tǒng)采用從I/O服務(wù)器充當(dāng)NETDDE服務(wù)器，另配一塊網(wǎng)卡與管理網(wǎng)聯(lián)接。FacView工程運(yùn)行時(shí)內(nèi)嵌為DDE服務(wù)器，但必須申明DDE服務(wù)器應(yīng)用程序名、主題名和數(shù)據(jù)項(xiàng)名。
(2) 客戶端配制
如圖3所示，管理站組態(tài)如下：名稱：任意；設(shè)備號(hào)：2；地址：\\ OP2 \ NDDE$ | Mytest$ | Variable；協(xié)議：DDEDRV。
圖3 NETDDE客戶端組態(tài)界面
綜合以上，管理網(wǎng)計(jì)算機(jī)工程通信組態(tài)如圖4所示。
圖4 管理站工程結(jié)構(gòu)
4 SmartPro與變頻器通訊
(1) 硬件配制
新鍋爐動(dòng)力系統(tǒng)共采用了變頻器中EV2000共19臺(tái)，TD1000共4臺(tái)。通訊采用RS485方式，自定義通訊協(xié)議。每臺(tái)變頻器有3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)要采集，分別是：運(yùn)行頻率、運(yùn)行電流、變頻器故障碼。
為了降低工程成本，在保證系統(tǒng)的可靠性基礎(chǔ)上，沒(méi)有采用專用通信站，而是采用SmartPro系統(tǒng)主I/O服務(wù)器完成變頻器的通訊連接。該服務(wù)器上增加一塊多串口卡，型號(hào) MOXA CP-114IS，4口RS232/RS422/RS485方式可跳線選擇，對(duì)應(yīng)服務(wù)器上串口2到串口5（服務(wù)器自帶串口1）。為了增加程序的并發(fā)性，提高通訊速度，這里將變頻器分成3組接入系統(tǒng)。其中，串口2對(duì)應(yīng)變頻器1～8，串口3接變頻器9～21，串口4接變頻器22、23。
串口通訊參數(shù)設(shè)置：波特率9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗(yàn)。通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線，與MOXA卡連接為9針D型母頭。
(2) 軟件說(shuō)明
FacView并不直接支持該類型變頻器，其通訊程序同樣要采用FacView提供的驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)包單獨(dú)開(kāi)發(fā)。通訊協(xié)議采用請(qǐng)求/響應(yīng)方式，命令幀與響應(yīng)幀均為18個(gè)字節(jié)，各幀數(shù)據(jù)格式分為幀頭、地址、命令、索引、數(shù)據(jù)、校驗(yàn)和幀尾7部分。其中，校驗(yàn)為一般的校驗(yàn)和方式，幀頭和幀尾均為引導(dǎo)碼，無(wú)實(shí)際意義。所有數(shù)據(jù)按大寫(xiě)ASCII方式傳送。
通訊程序最終以動(dòng)態(tài)連接庫(kù)（.DLL）的形式映射到應(yīng)用程序地址空間。應(yīng)用程序通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制塊（DCB）完成與驅(qū)動(dòng)程序間的交互。驅(qū)動(dòng)控制塊包含了雙方交互所需的所有信息，例如設(shè)備地址、數(shù)據(jù)點(diǎn)信息等。應(yīng)用程序周期性的將運(yùn)行頁(yè)面中對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的請(qǐng)求打包，生成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制塊掛到InDCB隊(duì)列中。驅(qū)動(dòng)程序解析DCB內(nèi)容后，從緩沖區(qū)取出相應(yīng)數(shù)據(jù)填充該DCB，然后返回。該驅(qū)動(dòng)程序?qū)ψ冾l器的讀寫(xiě)請(qǐng)求采用固定時(shí)間片輪循方式，周期性的從各變頻器讀取相應(yīng)的點(diǎn)信息。
5 結(jié)語(yǔ)
該項(xiàng)目既有基于以太網(wǎng)的通訊方式，又有基于串口的通訊方式，顯示了SmartPro系統(tǒng)的開(kāi)放性和兼容性較強(qiáng)。該系統(tǒng)至投入運(yùn)行以來(lái)均表現(xiàn)正常，通訊的實(shí)時(shí)性和安全性均能很好的滿足要求，達(dá)到預(yù)期的要求。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)