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梅銳 熊輝
隨著(zhù)“以信息化促進(jìn)工業(yè)化”口號的提出，越來(lái)越多的企業(yè)專(zhuān)重于企業(yè)信息化的發(fā)展，DCS分布式控制系統開(kāi)始廣泛應用在各個(gè)行業(yè)。而在應用分布式控制系統的同時(shí)，面臨著(zhù)各種智能儀表和繁多的老設備再應用問(wèn)題。如何將這些設備順利接入控制系統，提高控制系統的使用效率和降低企業(yè)改造成為一個(gè)難點(diǎn)；另一方面，隨著(zhù)控制系統與上層管理系統的日益融合，企業(yè)管理人員需要及時(shí)了解現場(chǎng)的運行數據和設備運行狀況，從而打破“信息化孤島”的限制。這些都要求分布式控制系統本身具有良好的開(kāi)放性。目前來(lái)說(shuō)，支持多少種第三方設備，提供多少種向外接口方式，已成為衡量一套DCS性能好壞的重要指標之一。
北京和利時(shí)系統工程股份有限公司推出的第三代分布式控制系統―SmartPro系統是一款優(yōu)秀的系統。它集成了人機界面軟件FacView和控制算法軟件ConMaker。其中其人機界面軟件使用靈活、功能強大。它既擁有豐富的圖庫，而且具有豐富的軟件接口功能，包括DDE/NETDDE、OPC、ODBC、Internet遠程訪(fǎng)問(wèn)功能等，而且其提供的代碼功能能夠完成低速的串口編程能力。另外，它還提供DDK開(kāi)發(fā)工具包，工程技術(shù)人員在其框架內就能完成某設備的驅動(dòng)編寫(xiě)，并集成入該系統；SmartPro系統的分布式設計，以及靈活多變的工程組態(tài)方式可以幫助你解決許多實(shí)際的問(wèn)題?？傊?，該系統不僅可以作為優(yōu)秀的DCS人機界面工具，而且在建立企業(yè)REALMIS方面發(fā)揮一定的作用。下面結合筆者的工程實(shí)際，簡(jiǎn)單介紹SmartPro系統在通信接口和管理網(wǎng)方面的應用。
1 概要設計
某單位新老兩套鍋爐控制先后均采用了北京和利時(shí)公司DCS系統，型號分別是SmartPro和HS2000。根據用戶(hù)要求，上層將建立專(zhuān)用管理網(wǎng)并配置兩臺管理監視站，對兩套DCS的運行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合監視。管理監視站計算機軟件上采用和利時(shí)公司的FacView作為監控平臺，均運行獨立工程，其中任一臺退出不會(huì )影響另一臺計算機的運行。
兩臺管理站分別位于兩鍋爐房辦公室，相距800米，采用多模光纖作為通訊介質(zhì)。新鍋爐動(dòng)力系統共采用了23臺艾默生不同系列變頻器，此次需要連入SmartPro系統。其中EV2000共19臺，TD1000共4臺。通訊協(xié)議均為該變頻器專(zhuān)用協(xié)議。
綜合以上要求，在該項目中，通訊接口成為該項目實(shí)施的重點(diǎn)。筆者根據需求將項目的通訊劃分為三個(gè)方面，整個(gè)通訊接口包含三部分，分別是：管理網(wǎng)與HS2000系統通訊接口；SmartPro系統與管理網(wǎng)通訊接口；SmartPro系統與艾默生變頻器串行通訊接口。
整個(gè)系統結構如圖1所示。
圖1 系統結構圖
2 HS2000與管理網(wǎng)通訊
(1) HS2000網(wǎng)關(guān)
圖2 數據包結構
HS2000系統為和利時(shí)公司早期產(chǎn)品，運行平臺為DOS6.22，開(kāi)放性較差，不具有NETDDE、OPC這類(lèi)進(jìn)程間通訊方式，其系統網(wǎng)絡(luò )為5M ARCNET。為實(shí)現與管理網(wǎng)的接口，HS2000需配制專(zhuān)用網(wǎng)關(guān)完成數據向以太網(wǎng)的轉換，并采用自定義數據格式以UDP的方式，周期性地向管理網(wǎng)廣播。廣播包結構如圖2所示。
其中，VALUE為包含各種數據類(lèi)型的聯(lián)合，每個(gè)數據點(diǎn)占四個(gè)字節，所有數據均以實(shí)型方式發(fā)送（包括開(kāi)關(guān)量點(diǎn)）。網(wǎng)關(guān)僅發(fā)送點(diǎn)值，客戶(hù)端程序在處理接收數據時(shí)，應與網(wǎng)關(guān)發(fā)送順序保持嚴格一致。點(diǎn)名信息文件（Outpoint.inf）由相關(guān)程序編輯生成。
(2) 管理站配置
UDP協(xié)議是一種對等通信協(xié)議，沒(méi)有固定的服務(wù)端和客戶(hù)端，即發(fā)送端和接受端同時(shí)充當服務(wù)器和客戶(hù)機。FacView并不直接支持對網(wǎng)關(guān)通訊格式的轉換，因此單獨開(kāi)發(fā)了基于UDP的通訊接收程序。FacView提供了一套驅動(dòng)開(kāi)發(fā)包，并開(kāi)放了部分通訊數據結構，可用來(lái)開(kāi)發(fā)相應的驅動(dòng)程序。通訊程序編制與后面“SmartPro與變頻器接口”類(lèi)似，只是對以太網(wǎng)的操作采用了Windows的Socket套接字。
3 SmartPro與管理網(wǎng)通訊
(1) 服務(wù)端配制
通訊實(shí)現上采用NETDDE方式。NETDDE即基于網(wǎng)絡(luò )的動(dòng)態(tài)數據交換，該方式是采用Windows消息傳遞方式，來(lái)完成不同主機上不同應用程序間實(shí)時(shí)數據的傳輸與交換過(guò)程。實(shí)現上采用Client/Server方式。Windows配置了專(zhuān)用的通信程序DDEML（DDE管理庫）完成客戶(hù)端和服務(wù)端的數據傳輸。
新鍋爐房SmartPro系統采用從I/O服務(wù)器充當NETDDE服務(wù)器，另配一塊網(wǎng)卡與管理網(wǎng)聯(lián)接。FacView工程運行時(shí)內嵌為DDE服務(wù)器，但必須申明DDE服務(wù)器應用程序名、主題名和數據項名。
(2) 客戶(hù)端配制
如圖3所示，管理站組態(tài)如下：名稱(chēng)：任意；設備號：2；地址：\\ OP2 \ NDDE$ | Mytest$ | Variable；協(xié)議：DDEDRV。
圖3 NETDDE客戶(hù)端組態(tài)界面
綜合以上，管理網(wǎng)計算機工程通信組態(tài)如圖4所示。
圖4 管理站工程結構
4 SmartPro與變頻器通訊
(1) 硬件配制
新鍋爐動(dòng)力系統共采用了變頻器中EV2000共19臺，TD1000共4臺。通訊采用RS485方式，自定義通訊協(xié)議。每臺變頻器有3個(gè)數據點(diǎn)要采集，分別是：運行頻率、運行電流、變頻器故障碼。
為了降低工程成本，在保證系統的可靠性基礎上，沒(méi)有采用專(zhuān)用通信站，而是采用SmartPro系統主I/O服務(wù)器完成變頻器的通訊連接。該服務(wù)器上增加一塊多串口卡，型號 MOXA CP-114IS，4口RS232/RS422/RS485方式可跳線(xiàn)選擇，對應服務(wù)器上串口2到串口5（服務(wù)器自帶串口1）。為了增加程序的并發(fā)性，提高通訊速度，這里將變頻器分成3組接入系統。其中，串口2對應變頻器1～8，串口3接變頻器9～21，串口4接變頻器22、23。
串口通訊參數設置：波特率9600、8位數據位、1位停止位、無(wú)奇偶校驗。通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線(xiàn)，與MOXA卡連接為9針D型母頭。
(2) 軟件說(shuō)明
FacView并不直接支持該類(lèi)型變頻器，其通訊程序同樣要采用FacView提供的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)包單獨開(kāi)發(fā)。通訊協(xié)議采用請求/響應方式，命令幀與響應幀均為18個(gè)字節，各幀數據格式分為幀頭、地址、命令、索引、數據、校驗和幀尾7部分。其中，校驗為一般的校驗和方式，幀頭和幀尾均為引導碼，無(wú)實(shí)際意義。所有數據按大寫(xiě)ASCII方式傳送。
通訊程序最終以動(dòng)態(tài)連接庫（.DLL）的形式映射到應用程序地址空間。應用程序通過(guò)驅動(dòng)控制塊（DCB）完成與驅動(dòng)程序間的交互。驅動(dòng)控制塊包含了雙方交互所需的所有信息，例如設備地址、數據點(diǎn)信息等。應用程序周期性的將運行頁(yè)面中對設備數據的請求打包，生成相應的驅動(dòng)控制塊掛到InDCB隊列中。驅動(dòng)程序解析DCB內容后，從緩沖區取出相應數據填充該DCB，然后返回。該驅動(dòng)程序對變頻器的讀寫(xiě)請求采用固定時(shí)間片輪循方式，周期性的從各變頻器讀取相應的點(diǎn)信息。
5 結語(yǔ)
該項目既有基于以太網(wǎng)的通訊方式，又有基于串口的通訊方式，顯示了SmartPro系統的開(kāi)放性和兼容性較強。該系統至投入運行以來(lái)均表現正常，通訊的實(shí)時(shí)性和安全性均能很好的滿(mǎn)足要求，達到預期的要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號