通信學(xué)論文-基于現(xiàn)場總線的過程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用.doc

通信學(xué)論文-基于現(xiàn)場總線的過程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用摘要：介紹一種利用支持HART協(xié)議的RS3過程控制系統(tǒng)及智能儀表，通過VisualBasic動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換開發(fā)通信軟件和用戶交互界面，在應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場儀表過程控制變量實(shí)時(shí)監(jiān)控，文件管理，遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種任務(wù)的過程監(jiān)控方案。關(guān)鍵詞：過程控制；監(jiān)控；現(xiàn)場總線ApplicationandExploitationoftheMonitorSolutionBasedonFieldBusAbstract：Inthispaper，anmonitorsolutionforprocesscontrolsystemispresented，BasedonRS3andintelligentinstrumentssupportingHART，communicationsoftwareandinterfacescanbemakenbyVisualBasicDDEMultitaskcanbeachievedsuchasrealtimemonitoringetcKeywords：processcontrol；monitorandcontrol；fieldbus1系統(tǒng)構(gòu)成本課題是在由美國Rosemount公司和上海理工大學(xué)合作建立的過程控制實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的。使用的是具備支持HART協(xié)議的RS3（RosemountSystem）過程控制系統(tǒng)及部分具有HART協(xié)議的智能儀表，具有良好的硬件基礎(chǔ)。RS3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本課題以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)作為主要研究對象，以支持現(xiàn)場儀表、具備現(xiàn)場總線特征部分的DCS系統(tǒng)為研究范圍建立監(jiān)控系統(tǒng)。2關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)在常用PC機(jī)和Windows9x操作系統(tǒng)平臺上，利用VisualBasic應(yīng)用軟件開發(fā)集成環(huán)境基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）的通信軟件和用戶交互界面，實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中直接控制及和現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信。包括現(xiàn)場實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史報(bào)表、趨勢文件等數(shù)據(jù)的讀入和寫入。此外，用戶監(jiān)控界面還有一定的自動(dòng)數(shù)據(jù)處理和越級報(bào)警功能。由現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點(diǎn)（現(xiàn)場上位PC機(jī)）通過電話通信網(wǎng)將現(xiàn)場信息及時(shí)地發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控工作站，該工作站通過串行端口（可通過擴(kuò)展達(dá)到一定數(shù)量）連接并實(shí)時(shí)監(jiān)控多通道的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，形成星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。課題中選用IntellioC218TurboPCI多用戶智能（MultiModem）信息卡和多路調(diào)制解調(diào)器開發(fā)基于Pccom通信函數(shù)庫的通信軟件，定義遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、信號采集、顯示、處理。21實(shí)現(xiàn)DCS上位PC機(jī)監(jiān)控用戶在PC機(jī)上可實(shí)現(xiàn)參數(shù)管理、遠(yuǎn)程控制，趨勢管理以及報(bào)表管理。RS集散控制系統(tǒng)中SCI負(fù)責(zé)RS3與上位機(jī)之間的通信。上位機(jī)接口由安裝在機(jī)架中的操作接口處理卡、總線處理卡、電源調(diào)節(jié)器卡和非易失存儲器卡4塊電子卡組成。每個(gè)卡件有各自不同的功能，總線接口卡用于標(biāo)識SCI地址，操作接口卡設(shè)定通信方式，允許RS3控制系統(tǒng)與上位機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并有訪問總線上任一節(jié)點(diǎn)的權(quán)利。在SCl主板上安裝一個(gè)RS232C25針的插槽與PC機(jī)串口相聯(lián)，作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。上位PC機(jī)通訊軟件和DDEserverAXS4采用RS232C異步通信協(xié)議，與RS3控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。多個(gè)字符和一個(gè)結(jié)束符的信息被制成報(bào)文，以報(bào)文方式發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)字符格式完全按照RS232C格式，結(jié)束符為CRLF，由軟件控制自動(dòng)添加。RS3系統(tǒng)總線上節(jié)點(diǎn)SCI按照既定協(xié)議格式與PC機(jī)直接相連。AXS4與SCI之間的信息交換通過發(fā)出請求信息和接受應(yīng)答信息的方式實(shí)現(xiàn)。AXS4同時(shí)作為服務(wù)器，為用戶提供了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換服務(wù)（DDEsever）。DDE（DynamicDataExchange）是一種通信協(xié)議，允許Windows系統(tǒng)共享內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)行的不同程序之間交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信。它在上位機(jī)上運(yùn)行，作為Windows應(yīng)用程序與RS3控制系統(tǒng)的接口，可以使Windows應(yīng)用程序通過AXS4與RS3系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。AXS4利用DDE命令采集到的數(shù)據(jù)可直接存入Windows應(yīng)用程序供其使用，或輸入到文本文件中以供其他用途。22實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制以一臺PC機(jī)為監(jiān)控信息中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)個(gè)DCS網(wǎng)段的集中監(jiān)控。以星型網(wǎng)絡(luò)的形式，通過電纜和電話線將各部分的控制上位機(jī)（從機(jī)）連接到中央控制機(jī)（主機(jī)）串行通信口，將各部分控制信息收集到中央控制機(jī)。遠(yuǎn)距離的采用直接電纜連接，通過Modem調(diào)制信號后再通過電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。由于普通的PC機(jī)串行口一般只有兩個(gè)，無法滿足需要，因此增加一個(gè)串行口擴(kuò)展設(shè)備，以此增加接入DCS網(wǎng)段的數(shù)量。系統(tǒng)設(shè)備連接如圖2所示。中央控制端的設(shè)備主要包括一臺IBM兼容PC機(jī)（Windows9x操作系統(tǒng)）、MOXA公司多用戶通信卡IntellioC218TurboPCI以及一個(gè)可為8個(gè)模塊提供串口和電話端口的RockwellMultilineMODEM。選用IntellioC218TurboPCI（MOXA功能卡）擴(kuò)展8個(gè)DB25串口，因此選用RJ45到DB25轉(zhuǎn)換器將一個(gè)MODEM模塊連接到其中一個(gè)擴(kuò)展端口上。8個(gè)RJ45插口通過RJ45到DB25轉(zhuǎn)換器或RJ45到DB9轉(zhuǎn)換器連接計(jì)算機(jī)串口。在中央控制機(jī)和現(xiàn)場DCS上位機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，除需要正確的設(shè)備設(shè)置連接外，還需要在兩端（主機(jī)和從機(jī)）編制適當(dāng)?shù)能浖瓿蓴?shù)據(jù)發(fā)送和接收。為此需要約定一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議，規(guī)定命令幀和數(shù)據(jù)幀格式。在考慮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信層次結(jié)構(gòu)上，由于網(wǎng)絡(luò)簡單，不存在路由選擇、沖突解決的問題，可以簡化通信層次。對應(yīng)ISOOSI模型中的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和表示層來討論各層需要進(jìn)行的協(xié)議和設(shè)置工作，以建立遠(yuǎn)程連接為例，主要程序如下：23實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)段的遠(yuǎn)程集中控制對于通信端口的設(shè)置，可以定義一個(gè)數(shù)據(jù)類型，包括端口號、波特率、奇偶校驗(yàn)、傳送位、起止位、流量控制等設(shè)置變量，再將每一個(gè)進(jìn)行監(jiān)控通信的通道的設(shè)置定義為這樣的一個(gè)對象。當(dāng)進(jìn)行多通道監(jiān)測時(shí)，可以考慮為每一路監(jiān)控通道提供一個(gè)窗口對象，僅在監(jiān)控該路通道時(shí)才激活相應(yīng)窗口對象。為此建立一個(gè)MDI窗口，上面提到的多路通道窗口則作為子窗口需要時(shí)被激活。利用多文檔界面（MultipleDocumentInterface，MDI又稱為多文檔接口）應(yīng)用程序可以同時(shí)打開多個(gè)窗口，而不是借助應(yīng)用程序的多個(gè)備份；能同時(shí)瀏覽或比較多個(gè)文檔使數(shù)據(jù)交換更加方便。對于8個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控通信通道，可以隨時(shí)打開未被監(jiān)控的通道（在選擇菜單中被標(biāo)記出來），或關(guān)閉正在監(jiān)控的通道。由于窗