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基于现场总线的过程监控系统开发及应用

发布时间：2006-12-07　阅读次数：

摘　要：介绍一种利用支持HART协议的RS3过程控制系统及智能仪表，通过Visual Basic动态数据交换开发通信软件和用户交互界面，在应用现场总线技术的系统中实现现场仪表过程控制变量实时监控，文件管理，远程监控等多种任务的过程监控方案。
　　关键词：过程控制；监控；现场总线

Application and Exploitation of　the Monitor Solution Based on Field Bus

　　Abstract：In this paper，an monitor solution for process control systemis presented，．Based on RS3 and intelligent instruments supportingHART，communication software andinterfaces can be maken by Visual Basic DDE．Multitask can be achieved such as real－time monitoring etc．
　　Keywords：process control；monitor and control；field bus
1　系统构成
　　本课题是在由美国Rosemount公司和上海理工大学合作建立的过程控制实验室中进行的。使用的是具备支持HART协议的RS3（Rosemount SystemⅢ）过程控制系统及部分具有HART协议的智能仪表，具有良好的硬件基础。RS3系统结构图如图1所示。

　　本课题以现场总线控制系统作为主要研究对象，以支持现场仪表、具备现场总线特征部分的DCS系统为研究范围建立监控系统。

2　关键技术设计与实现
　　在常用PC机和Windows9x操作系统平台上，利用Visual Basic应用软件开发集成环境基于动态数据交换（DDE）的通信软件和用户交互界面，实现工业控制网络系统中直接控制及和现场监控系统之间的数据通信。包括现场实时数据、历史报表、趋势文件等数据的读入和写入。此外，用户监控界面还有一定的自动数据处理和越级报警功能。
　　由现场监控节点（现场上位PC机）通过电话通信网将现场信息及时地发送到远程监控工作站，该工作站通过串行端口（可通过扩展达到一定数量）连接并实时监控多通道的远程控制系统，形成星型网络拓扑结构。
　　课题中选用Intellio C218Turbo／PCI多用户智能（MultiModem）信息卡和多路调制解调器开发基于Pc－com通信函数库的通信软件，定义远程数据传输数据链路层和应用层的通信协议，实现远程监控、信号采集、显示、处理。
2．1　实现DCS上位PC机监控
　　用户在PC机上可实现参数管理、远程控制，趋势管理以及报表管理。RS集散控制系统中SCI负责RS3与上位机之间的通信。上位机接口由安装在机架中的操作接口处理卡、总线处理卡、电源调节器卡和非易失存储器卡4块电子卡组成。每个卡件有各自不同的功能，总线接口卡用于标识SCI地址，操作接口卡设定通信方式，允许RS3控制系统与上位机之间进行数据交换，并有访问总线上任一节点的权利。
　　在SCl主板上安装一个RS－232C25针的插槽与PC机串口相联，作为现场数据传输的物理通道。
　　上位PC机通讯软件和DDEserver AX－S4采用RS－232C异步通信协议，与RS3控制系统进行通信。多个字符和一个结束符的信息被制成报文，以报文方式发送数据。每个字符格式完全按照RS－232C格式，结束　　符为CR－LF，由软件控制自动添加。　　RS3系统总线上节点SCI按照既定协议格式与PC机直接相连。AX－S4与SCI之间的信息交换通过发出请求信息和接受应答信息的方式实现。
　　AX－S4同时作为服务器，为用户提供了动态数据交换服务（DDEsever）。DDE（Dynamic Data Exchange）是一种通信协议，允许Windows系统共享内存，实现同时运行的不同程序之间交换数据的内部通信。它在上位机上运行，作为Windows应用程序与RS3控制系统的接口，可以使Windows应用程序通过AX－S4与RS3系统交换数据。AX－S4利用DDE命令采集到的数据可直接存入Windows应用程序供其使用，或输入到文本文件中以供其他用途。
2．2　实现远程集中控制
　　以一台PC机为监控信息中心，实现数个DCS网段的集中监控。以星型网络的形式，通过电缆和电话线将各部分的控制上位机（从机）连接到中央控制机（主机）串行通信口，将各部分控制信息收集到中央控制机。远距离的采用直接电缆连接，通过Modem调制信号后再通过电话网络进行远程传输。由于普通的PC机串行口一般只有两个，无法满足需要，因此增加一个串行口扩展设备，以此增加接入DCS网段的数量。系统设备连接如图2所示。

　　中央控制端的设备主要包括一台IBM兼容PC机（Windows9x操作系统）、MOXA公司多用户通信卡In－tellioC218Turbo／PCI以及一个可为8个模块提供串口和电话端口的RockwellMultilineMODEM。选用IntellioC218Turbo／PCI（MOXA功能卡）扩展8个DB 25串口，因此选用RJ－45到DB－25转换器将一个MODEM模块连接到其中一个扩展端口上。8个RJ－45插口通过RJ－45到DB－25转换器或RJ－45到DB－9转换器连接计算机串口。
　　在中央控制机和现场DCS上位机之间传送数据，除需要正确的设备设置连接外，还需要在两端（主机和从机）编制适当的软件完成数据发送和接收。为此需要约定一个应用层协议，规定命令帧和数据帧格式。在考虑计算机网络通信层次结构上，由于网络简单，不存在路由选择、冲突解决的问题，可以简化通信层次。对应ISO／OSI模型中的物理层、数据链路层和表示层来讨论各层需要进行的协议和设置工作，以建立远程连接为例，主要程序如下：
　　

2．3　实现多网段的远程集中控制
　　对于通信端口的设置，可以定义一个数据类型，包括端口号、波特率、奇偶校验、传送位、起止位、流量控制等设置变量，再将每一个进行监控通信的通道的设置定义为这样的一个对象。
　　当进行多通道监测时，可以考虑为每一路监控通道提供一个窗口对象，仅在监控该路通道时才激活相应窗口对象。为此建立一个MDI窗口，上面提到的多路通道窗口则作为子窗口需要时被激活。利用多文档界面（Multiple Document Interface，MDI———又称为多文档接口）应用程序可以同时打开多个窗口，而不是借助应用程序的多个备份；能同时浏览或比较多个文档使数据交换更加方便。对于8个远程监控通信通道，可以随时打开未被监控的通道（在选择菜单中被标记出来），或关闭正在监控的通道。由于窗口焦点仅一个，故而只有一个窗口（通道）能完全提供良好的人机接口，很容易在不同通道监控界面之间切换。

3　结论
　　本课题开发的过程控制监控系统，运行切实可行，成本低开发周期短，对于国内工业过程控制系统具有一定的参考价值。

参考文献

［1］张雯，等．利用多用户通信卡实现过程控制系统远程监控的方案［Z］．2001．

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