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

通信學論文-基于現(xiàn)場總線的過程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)及應用摘要：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動態(tài)數(shù)據(jù)交換開發(fā)通信軟件和用戶交互界面，在應用現(xiàn)場總線技術的系統(tǒng)中實現(xiàn)現(xiàn)場儀表過程控制變量實時監(jiān)控，文件管理，遠程監(jiān)控等多種任務的過程監(jiān)控方案。關鍵詞：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合作建立的過程控制實驗室中進行的。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。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關鍵技術設計與實現(xiàn)在常用PC機和Windows9x操作系統(tǒng)平臺上，利用VisualBasic應用軟件開發(fā)集成環(huán)境基于動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）的通信軟件和用戶交互界面，實現(xiàn)工業(yè)控制網(wǎng)絡系統(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)場實時數(shù)據(jù)、歷史報表、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數(shù)據(jù)處理和越級報警功能。由現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點（現(xiàn)場上位PC機）通過電話通信網(wǎng)將現(xiàn)場信息及時地發(fā)送到遠程監(jiān)控工作站，該工作站通過串行端口（可通過擴展達到一定數(shù)量）連接并實時監(jiān)控多通道的遠程控制系統(tǒng)，形成星型網(wǎng)絡拓撲結(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，定義遠程數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈路層和應用層的通信協(xié)議，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、信號采集、顯示、處理。21實現(xiàn)DCS上位PC機監(jiān)控用戶在PC機上可實現(xiàn)參數(shù)管理、遠程控制，趨勢管理以及報表管理。RS集散控制系統(tǒng)中SCI負責RS3與上位機之間的通信。上位機接口由安裝在機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。每個卡件有各自不同的功能，總線接口卡用于標識SCI地址，操作接口卡設定通信方式，允許RS3控制系統(tǒng)與上位機之間進行數(shù)據(jù)交換，并有訪問總線上任一節(jié)點的權(quán)利。在SCl主板上安裝一個RS232C25針的插槽與PC機串口相聯(lián)，作為現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢硗ǖ?。上位PC機通訊軟件和DDEserverAXS4采用RS232C異步通信協(xié)議，與RS3控制系統(tǒng)進行通信。多個字符和一個結(jié)束符的信息被制成報文，以報文方式發(fā)送數(shù)據(jù)。每個字符格式完全按照RS232C格式，結(jié)束符為CRLF，由軟件控制自動添加。RS3系統(tǒng)總線上節(jié)點SCI按照既定協(xié)議格式與PC機直接相連。AXS4與SCI之間的信息交換通過發(fā)出請求信息和接受應答信息的方式實現(xiàn)。AXS4同時作為服務器，為用戶提供了動態(tài)數(shù)據(jù)交換服務（DDEsever）。DDE（DynamicDataExchange）是一種通信協(xié)議，允許Windows系統(tǒng)共享內(nèi)存，實現(xiàn)同時運行的不同程序之間交換數(shù)據(jù)的內(nèi)部通信。它在上位機上運行，作為Windows應用程序與RS3控制系統(tǒng)的接口，可以使Windows應用程序通過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應用程序供其使用，或輸入到文本文件中以供其他用途。22實現(xiàn)遠程集中控制以一臺PC機為監(jiān)控信息中心，實現(xiàn)數(shù)個DCS網(wǎng)段的集中監(jiān)控。以星型網(wǎng)絡的形式，通過電纜和電話線將各部分的控制上位機（從機）連接到中央控制機（主機）串行通信口，將各部分控制信息收集到中央控制機。遠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)絡進行遠程傳輸。由于普通的PC機串行口一般只有兩個，無法滿足需要，因此增加一個串行口擴展設備，以此增加接入DCS網(wǎng)段的數(shù)量。系統(tǒng)設備連接如圖2所示。中央控制端的設備主要包括一臺IBM兼容PC機（Windows9x操作系統(tǒng)）、MOXA公司多用戶通信卡IntellioC218TurboPCI以及一個可為8個模塊提供串口和電話端口的RockwellMultilineMODEM。選用IntellioC218TurboPCI（MOXA功能卡）擴展8個DB25串口，因此選用RJ45到DB25轉(zhuǎn)換器將一個MODEM模塊連接到其中一個擴展端口上。8個RJ45插口通過RJ45到DB25轉(zhuǎn)換器或RJ45到DB9轉(zhuǎn)換器連接計算機串口。在中央控制機和現(xiàn)場DCS上位機之間傳送數(shù)據(jù)，除需要正確的設備設置連接外，還需要在兩端（主機和從機）編制適當?shù)能浖瓿蓴?shù)據(jù)發(fā)送和接收。為此需要約定一個應用層協(xié)議，規(guī)定命令幀和數(shù)據(jù)幀格式。在考慮計算機網(wǎng)絡通信層次結(jié)構(gòu)上，由于網(wǎng)絡簡單，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行的協(xié)議和設置工作，以建立遠程連接為例，主要程序如下：23實現(xiàn)多網(wǎng)段的遠程集中控制對于通信端口的設置，可以定義一個數(shù)據(jù)類型，包括端口號、波特率、奇偶校驗、傳送位、起止位、流量控制等設置變量，再將每一個進行監(jiān)控通信的通道的設置定義為這樣的一個對象。當進行多通道監(jiān)測時，可以考慮為每一路監(jiān)控通道提供一個窗口對象，僅在監(jiān)控該路通道時才激活相應窗口對象。為此建立一個MDI窗口，上面提到的多路通道窗口則作為子窗口需要時被激活。利用多文檔界面（MultipleDocumentInterface，MDI又稱為多文檔接口）應用程序可以同時打開多個窗口，而不是借助應用程序的多個備份；能同時瀏覽或比較多個文檔使數(shù)據(jù)交換更加方便。對于8個遠程監(jiān)控通信通道，可以隨時打開未被監(jiān)控的通道（在選擇菜單中被標記出來），或關閉正在監(jiān)控的通道。由于窗