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梅銳 熊輝
隨著“以信息化促進工業(yè)化”口號的提出，越來越多的企業(yè)專重于企業(yè)信息化的發(fā)展，DCS分布式控制系統(tǒng)開始廣泛應用在各個行業(yè)。而在應用分布式控制系統(tǒng)的同時，面臨著各種智能儀表和繁多的老設備再應用問題。如何將這些設備順利接入控制系統(tǒng)，提高控制系統(tǒng)的使用效率和降低企業(yè)改造成為一個難點；另一方面，隨著控制系統(tǒng)與上層管理系統(tǒng)的日益融合，企業(yè)管理人員需要及時了解現(xiàn)場的運行數(shù)據(jù)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(tǒng)本身具有良好的開放性。目前來說，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。
北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司推出的第三代分布式控制系統(tǒng)―SmartPro系統(tǒng)是一款優(yōu)秀的系統(tǒng)。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遠程訪問功能等，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開發(fā)工具包，工程技術人員在其框架內(nèi)就能完成某設備的驅動編寫，并集成入該系統(tǒng)；SmartPro系統(tǒng)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際的問題。總之，該系統(tǒng)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際，簡單介紹SmartPro系統(tǒng)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公司DCS系統(tǒng)，型號分別是SmartPro和HS2000。根據(jù)用戶要求，上層將建立專用管理網(wǎng)并配置兩臺管理監(jiān)視站，對兩套DCS的運行情況進行實時綜合監(jiān)視。管理監(jiān)視站計算機軟件上采用和利時公司的FacView作為監(jiān)控平臺，均運行獨立工程，其中任一臺退出不會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。新鍋爐動力系統(tǒng)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(tǒng)。其中EV2000共19臺，TD1000共4臺。通訊協(xié)議均為該變頻器專用協(xié)議。
綜合以上要求，在該項目中，通訊接口成為該項目實施的重點。筆者根據(jù)需求將項目的通訊劃分為三個方面，整個通訊接口包含三部分，分別是：管理網(wǎng)與HS2000系統(tǒng)通訊接口；SmartPro系統(tǒng)與管理網(wǎng)通訊接口；SmartPro系統(tǒng)與艾默生變頻器串行通訊接口。
整個系統(tǒng)結構如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結構圖
2 HS2000與管理網(wǎng)通訊
(1) HS2000網(wǎng)關
圖2 數(shù)據(jù)包結構
HS2000系統(tǒng)為和利時公司早期產(chǎn)品，運行平臺為DOS6.22，開放性較差，不具有NETDDE、OPC這類進程間通訊方式，其系統(tǒng)網(wǎng)絡為5M ARCNET。為實現(xiàn)與管理網(wǎng)的接口，HS2000需配制專用網(wǎng)關完成數(shù)據(jù)向以太網(wǎng)的轉換，并采用自定義數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)類型的聯(lián)合，每個數(shù)據(jù)點占四個字節(jié)，所有數(shù)據(jù)均以實型方式發(fā)送（包括開關量點）。網(wǎng)關僅發(fā)送點值，客戶端程序在處理接收數(shù)據(jù)時，應與網(wǎng)關發(fā)送順序保持嚴格一致。點名信息文件（Outpoint.inf）由相關程序編輯生成。
(2) 管理站配置
UDP協(xié)議是一種對等通信協(xié)議，沒有固定的服務端和客戶端，即發(fā)送端和接受端同時充當服務器和客戶機。FacView并不直接支持對網(wǎng)關通訊格式的轉換，因此單獨開發(fā)了基于UDP的通訊接收程序。FacView提供了一套驅動開發(fā)包，并開放了部分通訊數(shù)據(jù)結構，可用來開發(fā)相應的驅動程序。通訊程序編制與后面“SmartPro與變頻器接口”類似，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) 服務端配制
通訊實現(xiàn)上采用NETDDE方式。NETDDE即基于網(wǎng)絡的動態(tài)數(shù)據(jù)交換，該方式是采用Windows消息傳遞方式，來完成不同主機上不同應用程序間實時數(shù)據(jù)的傳輸與交換過程。實現(xiàn)上采用Client/Server方式。Windows配置了專用的通信程序DDEML（DDE管理庫）完成客戶端和服務端的數(shù)據(jù)傳輸。
新鍋爐房SmartPro系統(tǒng)采用從I/O服務器充當NETDDE服務器，另配一塊網(wǎng)卡與管理網(wǎng)聯(lián)接。FacView工程運行時內(nèi)嵌為DDE服務器，但必須申明DDE服務器應用程序名、主題名和數(shù)據(jù)項名。
(2) 客戶端配制
如圖3所示，管理站組態(tài)如下：名稱：任意；設備號：2；地址：\\ OP2 \ NDDE$ | Mytest$ | Variable；協(xié)議：DDEDRV。
圖3 NETDDE客戶端組態(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
新鍋爐動力系統(tǒng)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個數(shù)據(jù)點要采集，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(tǒng)的可靠性基礎上，沒有采用專用通信站，而是采用SmartPro系統(tǒng)主I/O服務器完成變頻器的通訊連接。該服務器上增加一塊多串口卡，型號 MOXA CP-114IS，4口RS232/RS422/RS485方式可跳線選擇，對應服務器上串口2到串口5（服務器自帶串口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(tǒng)。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(shù)設置：波特率9600、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗。通訊介質采用屏蔽雙絞線，與MOXA卡連接為9針D型母頭。
(2) 軟件說明
FacView并不直接支持該類型變頻器，其通訊程序同樣要采用FacView提供的驅動開發(fā)包單獨開發(fā)。通訊協(xié)議采用請求/響應方式，命令幀與響應幀均為18個字節(jié)，各幀數(shù)據(jù)格式分為幀頭、地址、命令、索引、數(shù)據(jù)、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，無實際意義。所有數(shù)據(jù)按大寫ASCII方式傳送。
通訊程序最終以動態(tài)連接庫（.DLL）的形式映射到應用程序地址空間。應用程序通過驅動控制塊（DCB）完成與驅動程序間的交互。驅動控制塊包含了雙方交互所需的所有信息，例如設備地址、數(shù)據(jù)點信息等。應用程序周期性的將運行頁面中對設備數(shù)據(jù)的請求打包，生成相應的驅動控制塊掛到InDCB隊列中。驅動程序解析DCB內(nèi)容后，從緩沖區(qū)取出相應數(shù)據(jù)填充該DCB，然后返回。該驅動程序對變頻器的讀寫請求采用固定時間片輪循方式，周期性的從各變頻器讀取相應的點信息。
5 結語
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(tǒng)的開放性和兼容性較強。該系統(tǒng)至投入運行以來均表現(xiàn)正常，通訊的實時性和安全性均能很好的滿足要求，達到預期的要求。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號