控制网

谢海霞 付善增

1  引言

        随着企业信息化建设的发展，网络在厂内得到广泛应用。厂调度室为了更加有效地进行管理，及时了解乙烯装置的运行情况，随时查看工艺数据，委派计算机维护部门把烯烃分厂DCS（Distribute Control System，集散控制系统）系统的部分工艺过程数据传送到调度局域网上，以便企业调度人员随时在办公室查看所关心的实时工艺数据，随时定制打印所需报表。

2  当前系统现状及计算机化技术上的可能性

        当前系统指当前还未开发，用户已经在使用的，满足其工作流程的物理系统。当前系统下，调度人员需要每日去控制室查看所需数据，或收取现场打印的报表，然后，再把这些数据重新统计汇总成所需的报表上报。当前系统从人为干预改变为计算机管理的关键问题是实现现场控制系统与调度网络的通讯。只有将现场的过程数据传送到调度网络并且存储后，网络用户才能够使用应用软件访问数据。下面详细介绍有关内容。

2.1  乙烯DCS系统介绍

        DCS是计算机技术、控制技术、通讯技术、图形显示技术实现过程控制和过程管理的控制系统，多台CPU分散应用于过程控制，通过通讯总线、CRT显示器、键盘打印机等又能高度集中地操作、显示和报警。

        北京东方石油化工有限公司东方化工厂计控分厂乙烯装置使用的DCS是日本横河公司的CENTUM-XL，是八十年代的技术，与PC机的通讯能力较弱，不能够安装网卡直接与PC机通讯，只能使用其专用的通讯设备ECGW（现场通讯门路单元）进行。但ECGW设备较昂贵，需要上百万的投资，企业暂时没有这笔预算，所以考虑使用串行通讯的方法。

        CENTUM-XL系统中的EOPS（现场操作站）是控制系统的人机接口，主要用于工艺人员进行操作。EOPS可以安装RS81卡（RS-232C Communication card），它支持串行通讯，共提供了4个RS-232C标准串口，其中一个串口连接了一台ERPT2（打印机），还有三个串行口未用，为串行通讯提供了可能。CENTUM-XL系统提供了Basic功能，可以编程向串口发送数据，能够完成数据发送的任务。

2.2  调度局域网介绍

        从地域范围方面划分，网络可分为局域网（Local Area Net）和广域网（Wide Area Net）。在调度楼，利用WindowsNT4.0系统（服务器用）、Windows95/98系统（客户机用）作为组建网络的软件，利用网卡、网线、HUB（集线器）等硬件把调度楼的若干计算机组建成星形的局域网，能够实现文件夹共享，能够映射网络驱动器。例如：服务器的标识为server，在服务器的D驱动器下有一个文件为example.mdb，在其它的客户机上写代码时，对服务器文件\\server\d:\example.mdb的访问可以将\\server\d:映射为本地盘符，如：映射为本地H驱动器。应用程序可以直接对本地的H:\example.mdb操作。

2.3  串行通讯技术介绍

        串行通讯是指以字符的形式传送数据。当通信对象远离主机时，采用串行通讯方式很有效，不但省硬件，而且可使用现存的通信信道（如电话），故串行数据传送被广泛使用。而RS-232C是常用的串行接口标准，用于数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间的接口。设备之间的连接常采用直接地或间接地通过调制解调器的方法。

2.4  数据接收相关技术介绍

        数据的接收在一台PC机上进行，利用PC机的串口接收EOPS发送出的数据。当数据传送到PC机后，需要将数据文件存放在文件服务器上，所有的客户端都通过服务器访问数据文件，服务器相当于一个大容量的硬盘，各个客户机上的应用程序通过盘符映射的办法共享服务器上的文件。

        接收数据时，选用Visual Basic（VB）作为开发语言。因为VB提供了开发Windows应用程序的最快速、最简洁的方法。同时，选用Access作为数据库软件，因为它支持多个用户以共享方式打开数据库进行查询，能够满足多用户数据访问的需求；并且Access数据库可以用VB直接操作，方便数据存储的编程。Access数据库文件格式为*.mdb。

2.5  计算机化程序模块图

        笔者把要开发的软件称为乙烯DCS与PC通讯软件。通讯系统的主要功能是完成数据的发送和数据的接收。为了数据的使用，还需有数据库的建立和应用软件的开发。图1所示为乙烯DCS与PC通讯系统模块图。

图1  乙烯DCS与PC通讯系统结构图

3  具体设计及实施步骤

3.1  EOPS与PC通讯时的硬件连接

        初期实验阶段，为了数据发送程序、接收程序的调试，PC机可放在控制室，与EOPS采用直接电缆连接。实际运行时采用远距离的连接方式。下面介绍这两种连接方式：

        (1)  直接电缆连接

        如图2所示，EOPS的COM接口（串口）与PC的COM接口用一条串行电缆连接。采取直接电缆连接，需在烯烃分厂控制室安放一台计算机，利用这台计算机对过程数据进行接收、处理、存放。EOPS串口为25针接口，PC机串口为9针接口。

图2  EOPS串口与PC机串口电缆接线图

        (2)  在EOPS与服务器之间建立远距离连接

        实施时，采用远距离传送方式，图3给出了远距离的硬件连接图。

图3  CENTEM-XL与调度网通讯的硬件连接图

        这种方式下，调度网中的服务器充当接收PC，数据直接存放在服务器上。这样可以缩短客户机访问数据的响应时间，并且可以节省一台微机的花销。服务器与EOPS之间使用一对Modem，速率设置为9 600b/s，Modem1设置为呼叫方，Modem2设置为自动应答方，使用专用电话线连接，这相当于在服务器与EOPS之间建立了专线，专门用于数据传输。EOPS发送出来的数据直接存放在服务器的数据库中，做为共享数据，供各工作站的应用程序使用。

3.2  DCS数据的采集与发送

        乙烯DCS系统采集的现场数据，包括监视点、控制点，总共两千多点，但调度室最需要的是某些重要点的测量值和一些物料消耗工位的累积量值，暂时需要传送的数据为一百个。发送端可以向串口发送20行数据，每行5个数据，每个数据由工位号及其测量值组成。

        在控制室，任选一台已经安装RS81卡的操作站（EOPS），作为数据通讯的发送端。任选一个未用串口作为数据的发送端口，调整速率设定开关，选择最高速率9 600b/s，当前通讯设备都支持这一速度。把设置好的Modem1接到选定好的串口上，并连接上电话线。在EOPS的BASIC编程模式下，编制数据发送程序，主要使用数据采集和打印语句。例如：

        PRCSRD “10FC102A.PV,10FC104A.PV,10TC103.PV, 10LC100A.PV,10FC108A.PV”;A1,A2,A3,A4,A5

        PRINT “10FC102A”,A1,“10FC104A”,A2,“10TC103”,A3, “10LC100A”,A4,“10FC108A”,A5

        发送采用数据块的形式，一个数据块（即20行的数据）发送完毕，等待足够时间，以保证接收端接收并处理完数据，然后再重复发送，这样可以免去收发双方的握手过程。如果用户对数据实时程度的要求不是非常高，可以把数据刷新的间隔加大一些，以减轻EOPS的CPU的负荷。发送过程如图4所示。

图4  数据发送程序流程图

        说明：指定输出设备是指具体使用哪个RS-232C口；获取过程数据即利用PRCSRD语句把过程数据取到变量中，过程数据可以是测量值（PV）、设定值、输出值等，主要获取PV值；发送数据用PRINT语句发送工位号及对应过程数据，工位号的发送是为了接收端对数据的识别。发送数据时需保持一定的格式，如：工位号占8位，数据占10位，方便接收端接收。采用目前的通讯方式，发送、接收和处理100个数据需要两分钟的时间。发送程序是一个循环发送的过程，所以必须以实时方式运行，即把程序放在后台执行，它的执行与前台操作无关，不会影响操作工的日常工作。