MCGS組態(tài)軟件在DCS總線接口中的應用

1 引 言

組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制)。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應用領(lǐng)域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(tǒng)(RTU System,Remote Terminal Unit)。國外常見的組態(tài)軟件有InTouch、 IFix、WinCC等，國內(nèi)常用的為世紀星、Controx 、MCGS等。本文即以MCGS為例講解組態(tài)軟件在DCS總線接口的設(shè)計與實現(xiàn)。

MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司開發(fā)的一套基于Windows平臺，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，為用戶提供解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。

MCGS需要完成對現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)采集和控制功能，必須依靠現(xiàn)場總線和MCGS的載機進行通信。而現(xiàn)場系統(tǒng)組成復雜，設(shè)備較多，設(shè)備間通信協(xié)議門類眾多，繁簡不一，因此研究與開發(fā)一種高效便利的總線接口技術(shù)，將具有很好的應用價值和市場前景。本文主要討論在MCGS系統(tǒng)中DCS總線接口設(shè)備的設(shè)計與實現(xiàn)。

2 概述

MCGS工控組態(tài)軟件開發(fā)工具基于Windows操作平臺，支持快速構(gòu)造、生成工業(yè)設(shè)備驅(qū)動，具有良好的擴充能力。具體地說，MCGS用Active DLL構(gòu)件的方式實現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動程序，通過規(guī)范的OLE接口掛接其中，無縫接入，構(gòu)成一個整體。設(shè)備驅(qū)動構(gòu)件和MCGS運行在同一個進程，故運行速度快、可靠性高、數(shù)據(jù)流通順暢、傳輸無延時，符合監(jiān)控系統(tǒng)的要求。OLE是一個可擴充的開放標準，只要遵守MCGS的接口規(guī)范，就可以使用 VB，VC，Delphi等語言編制MCGS的設(shè)備驅(qū)動程序。這為在總線中接入自行研制的現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表提供了基礎(chǔ)。

嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展為提供低價格、高性能、自帶大量數(shù)據(jù)存儲空間的片上系統(tǒng)提供了可能，通過外接MAX485，MAX232等電平轉(zhuǎn)換芯片，能夠在硬件上輕松實現(xiàn)PC和DCS總線的連接。而計算機串行口是計算機和其他設(shè)備通信時最常用的一種通信接口。RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設(shè)有25 條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。一個串行口可以掛接多個通信設(shè)備(如1個RS 485總線上可掛接255個研化通訊模塊，但他們共用1個串口父設(shè)備)，為適應計算機串行口的多種操作方式，MCGS采用在串口通訊父設(shè)備下掛接多個通信子設(shè)備的一種通訊設(shè)備處理機制，各個子設(shè)備繼承一些父設(shè)備的公有屬性，同時又具有自己的私有屬性。在實際操作時，MCGS提供1個串口通訊父設(shè)備構(gòu)件和多個通訊子設(shè)備構(gòu)件，串口通訊父設(shè)備構(gòu)件完成對串口的基本操作和參數(shù)設(shè)置，通訊子設(shè)備構(gòu)件則為串行口實際掛接設(shè)備的驅(qū)動程序。這樣就為在總線上掛接多個現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表提供了保障。MCGS與DCS設(shè)備接口如圖1所示。

3 DCS總線接口設(shè)計

3.1 MCGS接口設(shè)備構(gòu)建

在DCS系統(tǒng)設(shè)計時，在系統(tǒng)中首先要對現(xiàn)場設(shè)備和現(xiàn)場儀表進行歸類，對于類型相同的一類設(shè)備在MCGS中可以通過復用設(shè)備，單獨存儲的方式，以節(jié)省與多個設(shè)備通信的時間和開銷。通常構(gòu)造的接口設(shè)備功能要單一，然后將其統(tǒng)一組態(tài)。

在MCGS中通過構(gòu)造接口設(shè)備，可以將MCGS的GUI控制方式引入DCS的控制中(如圖2所示)，實現(xiàn)DCS控制的圖形化、交互化和組態(tài)化，是一種在現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備上的改造型創(chuàng)新，具有很好的工程應用前景和社會效益。圖2中所示數(shù)據(jù)均來源于現(xiàn)場設(shè)備，而仿真儀表也同樣是通過DCS與現(xiàn)場儀表連接，實現(xiàn)控制調(diào)節(jié)功能。

3.2 DCS總線接口設(shè)備硬件設(shè)計

如圖3中DCS網(wǎng)關(guān)主要功能是控制網(wǎng)絡(luò)(監(jiān)控計算機與控制站)的切換，同時他還擔負上下數(shù)據(jù)通信的協(xié)議解析和轉(zhuǎn)換。DCS網(wǎng)關(guān)采用Philips公司的LPC2136微控制器，它是一款具有較高性價比的基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有256 kB嵌入的高速FLASH存儲器。具有2個16C550工業(yè)標準UART，可以完成上位機與下位機的通信。使用簡單方便，功能強大，其包含多達47個通用 I/O口(可承受5 V電壓)，可用于485通信接口的使能信號。

RS-232通信的主要缺點就是傳輸距離較短，針對RS-232串口標準的局限性，人們又提出了RS-422,RS- 485接口標準。RS-485/422采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A,B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復。RS-485/422最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點數(shù)據(jù)通信。RS-485總線網(wǎng)絡(luò)拓撲一般采用終端匹配的總線型結(jié)構(gòu)。即采用一條總線將各個節(jié)點串接起來，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。如果需要使用星型結(jié)構(gòu)，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。RS-485/422總線一般最大支持32個節(jié)點，如果使用特制的485芯片，可以達到128 個或者256個節(jié)點，最大的可以支持到400個節(jié)點?；谝陨系膬?yōu)點，結(jié)合本系統(tǒng)的實際情況采用485通信。