MCGS組態(tài)軟件在DCS總線(xiàn)接口中的應用

1 引 言

組態(tài)軟件，又稱(chēng)組態(tài)監控軟件系統軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數據采集與監視控制)。它是指一些數據采集與過(guò)程控制的專(zhuān)用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統監控層一級的軟件平臺和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶(hù)提供快速構建工業(yè)自動(dòng)控制系統監控功能的、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、給水系統、石油、化工等領(lǐng)域的數據采集與監視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱(chēng)遠動(dòng)系統(RTU System,Remote Terminal Unit)。國外常見(jiàn)的組態(tài)軟件有InTouch、 IFix、WinCC等，國內常用的為世紀星、Controx 、MCGS等。本文即以MCGS為例講解組態(tài)軟件在DCS總線(xiàn)接口的設計與實(shí)現。

MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司開(kāi)發(fā)的一套基于Windows平臺，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態(tài)軟件系統，為用戶(hù)提供解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺，能夠完成現場(chǎng)數據采集、實(shí)時(shí)和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢曲線(xiàn)和報表輸出及企業(yè)監控網(wǎng)絡(luò )等功能。

MCGS需要完成對現場(chǎng)設備或現場(chǎng)儀表的數據采集和控制功能，必須依靠現場(chǎng)總線(xiàn)和MCGS的載機進(jìn)行通信。而現場(chǎng)系統組成復雜，設備較多，設備間通信協(xié)議門(mén)類(lèi)眾多，繁簡(jiǎn)不一，因此研究與開(kāi)發(fā)一種高效便利的總線(xiàn)接口技術(shù)，將具有很好的應用價(jià)值和市場(chǎng)前景。本文主要討論在MCGS系統中DCS總線(xiàn)接口設備的設計與實(shí)現。

2 概述

MCGS工控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)工具基于Windows操作平臺，支持快速構造、生成工業(yè)設備驅動(dòng)，具有良好的擴充能力。具體地說(shuō)，MCGS用Active DLL構件的方式實(shí)現設備驅動(dòng)程序，通過(guò)規范的OLE接口掛接其中，無(wú)縫接入，構成一個(gè)整體。設備驅動(dòng)構件和MCGS運行在同一個(gè)進(jìn)程，故運行速度快、可靠性高、數據流通順暢、傳輸無(wú)延時(shí)，符合監控系統的要求。OLE是一個(gè)可擴充的開(kāi)放標準，只要遵守MCGS的接口規范，就可以使用 VB，VC，Delphi等語(yǔ)言編制MCGS的設備驅動(dòng)程序。這為在總線(xiàn)中接入自行研制的現場(chǎng)設備和現場(chǎng)儀表提供了基礎。

嵌入式技術(shù)的高速發(fā)展為提供低價(jià)格、高性能、自帶大量數據存儲空間的片上系統提供了可能，通過(guò)外接MAX485，MAX232等電平轉換芯片，能夠在硬件上輕松實(shí)現PC和DCS總線(xiàn)的連接。而計算機串行口是計算機和其他設備通信時(shí)最常用的一種通信接口。RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì ) 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(xiě)，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C總線(xiàn)標準設有25 條信號線(xiàn)，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。一個(gè)串行口可以?huà)旖佣鄠€(gè)通信設備(如1個(gè)RS 485總線(xiàn)上可掛接255個(gè)研化通訊模塊，但他們共用1個(gè)串口父設備)，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備下掛接多個(gè)通信子設備的一種通訊設備處理機制，各個(gè)子設備繼承一些父設備的公有屬性，同時(shí)又具有自己的私有屬性。在實(shí)際操作時(shí)，MCGS提供1個(gè)串口通訊父設備構件和多個(gè)通訊子設備構件，串口通訊父設備構件完成對串口的基本操作和參數設置，通訊子設備構件則為串行口實(shí)際掛接設備的驅動(dòng)程序。這樣就為在總線(xiàn)上掛接多個(gè)現場(chǎng)設備和現場(chǎng)儀表提供了保障。MCGS與DCS設備接口如圖1所示。

3 DCS總線(xiàn)接口設計

3.1 MCGS接口設備構建

在DCS系統設計時(shí)，在系統中首先要對現場(chǎng)設備和現場(chǎng)儀表進(jìn)行歸類(lèi)，對于類(lèi)型相同的一類(lèi)設備在MCGS中可以通過(guò)復用設備，單獨存儲的方式，以節省與多個(gè)設備通信的時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)。通常構造的接口設備功能要單一，然后將其統一組態(tài)。

在MCGS中通過(guò)構造接口設備，可以將MCGS的GUI控制方式引入DCS的控制中(如圖2所示)，實(shí)現DCS控制的圖形化、交互化和組態(tài)化，是一種在現有技術(shù)和設備上的改造型創(chuàng )新，具有很好的工程應用前景和社會(huì )效益。圖2中所示數據均來(lái)源于現場(chǎng)設備，而仿真儀表也同樣是通過(guò)DCS與現場(chǎng)儀表連接，實(shí)現控制調節功能。

3.2 DCS總線(xiàn)接口設備硬件設計

如圖3中DCS網(wǎng)關(guān)主要功能是控制網(wǎng)絡(luò )(監控計算機與控制站)的切換，同時(shí)他還擔負上下數據通信的協(xié)議解析和轉換。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?xún)r(jià)比的基于支持實(shí)時(shí)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(gè)16C550工業(yè)標準UART，可以完成上位機與下位機的通信。使用簡(jiǎn)單方便，功能強大，其包含多達47個(gè)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(diǎn)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(shí)現通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A,B兩路輸出，經(jīng)過(guò)線(xiàn)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(xiàn)通常使用雙絞線(xiàn)，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線(xiàn)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(cháng)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(diǎn)數據通信。RS-485總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲一般采用終端匹配的總線(xiàn)型結構。即采用一條總線(xiàn)將各個(gè)節點(diǎn)串接起來(lái)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò )。如果需要使用星型結構，就必須使用485中繼器或者485集線(xiàn)器才可以。RS-485/422總線(xiàn)一般最大支持32個(gè)節點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達到128 個(gè)或者256個(gè)節點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節點(diǎn)?；谝陨系膬?yōu)點(diǎn)，結合本系統的實(shí)際情況采用485通信。