1 引言
通常泵站（如輸水泵站、污水泵站）配置有動(dòng)力、電氣、檢測(cè)等機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)，控制邏輯復(fù)雜，管理要求嚴(yán)格，體系結(jié)構(gòu)龐大。借助計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站監(jiān)控，不僅對(duì)泵站的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障，而且為泵站的集中管理與經(jīng)濟(jì)調(diào)度打下了基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制，必須建立信息管理系統(tǒng)，對(duì)信息進(jìn)行管理和使用。監(jiān)控系統(tǒng)通常包括監(jiān)測(cè)和控制兩部分，根據(jù)泵站控制系統(tǒng)規(guī)模和控制要求，泵站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可以采用PLC（可編程序控制器）、DCS（集散控制系統(tǒng)）和FCS（現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)）等；在軟件開(kāi)發(fā)方面有用各種編程語(yǔ)言通過(guò)編制大量的指令和代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)和基于工控組態(tài)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)等多種方式。本文介紹一個(gè)基于InTouch開(kāi)發(fā)平臺(tái)的泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，敘述了系統(tǒng)的架構(gòu)，并對(duì)InTouch平臺(tái)下的系統(tǒng)各功能模塊的開(kāi)發(fā)進(jìn)行了研究，尤其對(duì)數(shù)據(jù)通訊功能中存在的問(wèn)題和對(duì)策進(jìn)行了重點(diǎn)表述。
2 InTouch簡(jiǎn)介
2.1 InTouch概要
InTouch組態(tài)軟件是美國(guó)Wonderware公司FactorySuite套裝軟件的一個(gè)主要組成部分，它為以工廠(chǎng)和操作人員為中心的制造信息系統(tǒng)提供了可視化工具，為制造信息系統(tǒng)集成了操作人員所需的各種信息，在食品加工、半導(dǎo)體、石油和天然氣、汽車(chē)、化工、醫(yī)藥、紙漿和造紙、運(yùn)輸及公共設(shè)施等行業(yè)都有著廣泛應(yīng)用。
2.2 InTouch特性和優(yōu)點(diǎn)
（1）開(kāi)放、易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境。利用目前通信技術(shù)中的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員提供了一個(gè)開(kāi)放和易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并支持ActiveX、OPC（OLE for Process Control）、開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互連（ODBC）及標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE），為用戶(hù)自行開(kāi)發(fā)外掛程序提供接口。
（2）集成的I/O通信。Wonderware公司與100多家第三方開(kāi)發(fā)公司（包括Allen-Bradley，Siemens，Modincon等）合作，提供各種32位I/O Server，目前主流的通信協(xié)議（例如以太網(wǎng)Modbus、串口Modbus）都有現(xiàn)成的I/O通信驅(qū)動(dòng)。
（3）豐富的圖形用戶(hù)界面。InTouch允許應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員使用易于理解和配置的工具快速開(kāi)發(fā)定制圖形，并提供了一個(gè)常用圖符庫(kù)。應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員可以輕易地創(chuàng)建生動(dòng)的圖形界面，通過(guò)易用的配置向?qū)?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息的鏈接，并可調(diào)用內(nèi)嵌的腳本編輯器擴(kuò)展圖形功能。運(yùn)行時(shí)畫(huà)面切換的響應(yīng)速度也是一般組態(tài)軟件無(wú)法相比的。
（4）靈活的腳本支持。InTouch軟件的腳本分為畫(huà)面、應(yīng)用程序、鍵、條件、數(shù)據(jù)改變及QuickFunction等多種，采用類(lèi)Basic的語(yǔ)法，并提供豐富、易用的腳本函數(shù)，適用于多種場(chǎng)合，為應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員制作功能強(qiáng)大、畫(huà)面豐富的系統(tǒng)提供了有力保障。
（5）分布式的歷史數(shù)據(jù)系統(tǒng)。允許用戶(hù)動(dòng)態(tài)地為趨勢(shì)圖的每支筆指定不同的歷史文件數(shù)據(jù)源，允許操作員在同一個(gè)趨勢(shì)圖中查看本地InTouch的歷史數(shù)據(jù)和Industrial SQL Server的歷史數(shù)據(jù)。
（6）便捷的測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)程引用。InTouch軟件通過(guò)簡(jiǎn)易的向?qū)渲?，可?shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)上測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)程引用，為建立分層分布式系統(tǒng)提供基礎(chǔ)。
3 泵站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析
泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是集監(jiān)視、測(cè)量、控制、保護(hù)、管理等于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，主要對(duì)全站泵組、電氣系統(tǒng)、公用油、水、氣系統(tǒng)、閘門(mén)控制系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)及直流系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)視和控制，保證泵站更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)泵站“無(wú)人值班”（少人值守）的目標(biāo)，并能夠通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將泵站運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)上傳至上級(jí)主管部門(mén)。
本文介紹的系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，共兩層，分別是廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控層和現(xiàn)地單元（LCU）監(jiān)控層，其中廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控層由兩臺(tái)廠(chǎng)級(jí)計(jì)算機(jī)組成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠(chǎng)信息的管理，包括對(duì)各LCU設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)采集的模擬量、開(kāi)關(guān)量進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)，對(duì)報(bào)表進(jìn)行查詢(xún)和打印等。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)采用一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備份的工作方式，當(dāng)一臺(tái)發(fā)生故障停機(jī)時(shí)另一臺(tái)自動(dòng)轉(zhuǎn)入運(yùn)行。LCU層由多個(gè)LCU組成，各LCU中控制設(shè)備采用Quantum系列的PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制，計(jì)算機(jī)采用Magelis終端，通過(guò)Modbus連接PLC，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的監(jiān)視、控制參數(shù)的修改等。此外，為了對(duì)其他參數(shù)如電量、水位等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各LCU還配有多功能表。LCU的功能是獨(dú)立的，互不影響，自成系統(tǒng)。兩層之間用通訊速率為1Mbps的Modbus Plus（MB+）網(wǎng)絡(luò)連接，該網(wǎng)絡(luò)是一種主從網(wǎng)絡(luò)，允許一個(gè)主計(jì)算機(jī)和一個(gè)或多個(gè)從機(jī)通訊，以完成編程、數(shù)據(jù)傳送、程序上裝/下裝及其主機(jī)操作，通過(guò)它可以實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)級(jí)計(jì)算機(jī)和各LCU的PLC和多功能表的快速的數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖 1 泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
4 監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)
4.1 監(jiān)控軟件功能模塊
監(jiān)控軟件是運(yùn)行在廠(chǎng)級(jí)計(jì)算機(jī)上的，主要包括如下功能模塊：數(shù)據(jù)采集及處理、統(tǒng)計(jì)及計(jì)算、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示和控制、設(shè)備安全運(yùn)行監(jiān)視及事件報(bào)警、參數(shù)越限報(bào)警與記錄、溫度趨勢(shì)分析判斷、泵組停/啟過(guò)程監(jiān)視、故障報(bào)警顯示記錄、實(shí)時(shí)控制與調(diào)節(jié)、設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)記錄及生產(chǎn)管理、語(yǔ)音報(bào)警、自診斷功能、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)與報(bào)表、對(duì)外網(wǎng)絡(luò)接口。采用InTouch軟件，可以方便地實(shí)現(xiàn)以上功能，只需建立一個(gè)標(biāo)記名字典并作簡(jiǎn)單設(shè)置，再利用bbbbbbMaker的圖形功能把被控對(duì)象形象的畫(huà)出來(lái)，就能在PC機(jī)上就可以把整個(gè)對(duì)象描繪出來(lái)。其中數(shù)據(jù)的采集是監(jiān)控系統(tǒng)的重要部分之一，是不可或缺的，下面重點(diǎn)討論InTouch與外界設(shè)備的通訊方法和模式。
4.2 InTouchI/O服務(wù)器通訊
InTouch軟件與外界設(shè)備之間的通訊是通過(guò)一個(gè)通訊接口——I/O服務(wù)器（I/O Server）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，I/O服務(wù)器可以理解為能和外界設(shè)備通訊的程序，InTouch只要能和I/O服務(wù)器通訊，就可以達(dá)到和外界設(shè)備通訊的目的，如圖2所示。這樣做的好處是避開(kāi)了硬件協(xié)議等繁瑣的細(xì)節(jié)，讓使用InTouch進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的人員可以把精力放在控制和數(shù)據(jù)處理上，有效地提高工作效率。目前Wonderware公司已經(jīng)與多家第3方著名開(kāi)發(fā)公司合作，提供了各種I/O服務(wù)器，支持目前主流的通信協(xié)議。而二者的通訊是兩個(gè)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換，InTouch使用DDE、FastDDE、NetDDE以及 Wonderware Suibbbink協(xié)議完成。在本系統(tǒng)中，使用的是Modbus網(wǎng)絡(luò)，所以需要安裝Modicon設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序MBE（Modicon Modbus Ethernet），進(jìn)行簡(jiǎn)單的TOPICS配置后（打開(kāi)Wonderware FactorySuite->IO Servers->Modicon Modbus Ethernet進(jìn)行配置），然后在INTOUCH中，增加標(biāo)記名，設(shè)置I/O數(shù)據(jù)類(lèi)型，并設(shè)置訪(fǎng)問(wèn)名、節(jié)點(diǎn)名、應(yīng)用程序名、主題名和項(xiàng)目名，就可以實(shí)現(xiàn)和Modbus網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備通訊了。
圖 2 InTouch與I/O設(shè)備通訊框架示意圖
4.3 DDE協(xié)議通訊
對(duì)于沒(méi)有第三方公司提供I/O服務(wù)器的外設(shè)，可以用VB、VC等編程工具開(kāi)發(fā)DDE程序，采用DDE協(xié)議，實(shí)現(xiàn)和InTouch的通訊。DDE（Dynamic Data Exchange），即動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換，是Microsoft開(kāi)發(fā)的一種通訊協(xié)議，可供bbbbbbs環(huán)境下的應(yīng)用程序彼此發(fā)送/接收數(shù)據(jù)與指令[4]。它在同時(shí)運(yùn)行的兩個(gè)應(yīng)用程序之間實(shí)現(xiàn)一種客戶(hù)端與服務(wù)器關(guān)系。服務(wù)器應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)，并接受對(duì)這些數(shù)據(jù)感興趣的任何其它應(yīng)用程序的請(qǐng)求。發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用程序被稱(chēng)作客戶(hù)端，接受請(qǐng)求的應(yīng)用程序叫做服務(wù)器，有些應(yīng)用程序（如InTouch與MicrosoftExcel）可以同時(shí)作為客戶(hù)端與服務(wù)器。
4.4 DDE協(xié)議通訊案例
下面舉例說(shuō)明如何用VB開(kāi)發(fā)DDE應(yīng)用程序作為DDE服務(wù)器，該程序使用MSComm控件，實(shí)現(xiàn)通過(guò)串口和外部檢測(cè)設(shè)備的串行通訊。VB提供了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換的bbbb Topic（連接主題），bbbb Item（連接項(xiàng)），bbbb Timeout（連接等待時(shí)問(wèn)）和bbbbmode（連接模式）四項(xiàng)屬性。在應(yīng)用程序編制時(shí)，根據(jù)DDE原理，把應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件名去掉EXE后綴，則成為DDE中的Topic。bbbbmode有Manual（手工），Notify（通知），和Automatic（自動(dòng)）三種方式，同一時(shí)刻只能有一個(gè)DDE連接有效，這里采用Automatic（自動(dòng)）方式，它建立“熱連接”鏈路，作為服務(wù)器一方總是在數(shù)據(jù)變化時(shí)主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)給客戶(hù)端。VB中只有窗體（bbbb）、多文檔窗體（MDI bbbb）能夠成為DDE服務(wù)器，在程序的初始化部分應(yīng)進(jìn)行DDE設(shè)置，設(shè)置bbbb1的bbbbMode屬性為1，即自動(dòng)連接，即當(dāng)數(shù)據(jù)改變時(shí)，自動(dòng)通知客戶(hù)端，bbbbTopic屬性設(shè)置在DDE對(duì)話(huà)中服務(wù)器窗體需響應(yīng)的主題，這里為bbbbl。
在窗體上放置了mscomm控件，用于控制串行端口傳輸和接受數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，并用如下代碼設(shè)置通訊格式：
MSComm1.Commport=1‘設(shè)定串行通信端口號(hào)’
MSComm1.Settings =“9600,n,8,1”‘設(shè)定該通信口的波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位、停止位’
MSComm1.bbbbbLen = 0 ‘讀取接收緩沖區(qū)中全部的內(nèi)容’
MSComm1.PortOpen‘打開(kāi)端口’
當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)觸發(fā)MSComm1控件的OnComm事件，在此事件處理子程序中完成讀入數(shù)據(jù)的功能，并用文本框Text1顯示
Private Sub MSComm1_OnComm（）
Bufferbbbbbb=MSComm1.bbbbb‘讀入緩沖區(qū)內(nèi)容’
If Bufferbbbbbb<>’’ then
Text1.Text= Bufferbbbbbb+Text1.Text
End If
End Sub
在InTouch中，DDE用應(yīng)用程序名、主題名、項(xiàng)目名三個(gè)層次來(lái)標(biāo)識(shí)客戶(hù)與服務(wù)器之間傳遞的數(shù)據(jù)單位，通常表示為：應(yīng)用程序名|主題名!項(xiàng)目名。對(duì)于客戶(hù)，應(yīng)按三個(gè)層次去連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)，在InTouch的標(biāo)簽庫(kù)中提供了DDE設(shè)置框，使得DDE組態(tài)簡(jiǎn)便、易行，在本例中的層次標(biāo)識(shí)為：dde1|bbbb1!Text1.Text（ddel為VB應(yīng)用程序名）。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)介紹泵站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，重點(diǎn)討論了InTouch在監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)中的功能，并對(duì)其與外部設(shè)備的通訊方式展開(kāi)了敘述?；贗nTouch的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，具有開(kāi)發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、擴(kuò)充性好、可靠性高等特點(diǎn)，在控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中具有十分良好的應(yīng)用發(fā)展前景。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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