控制网

1  引言

    我国大型企业内存在着种类繁多的自动化系统。这些自动化系统通常由各个局部（如车间）逐步发展起来，往往是各自独立的“孤岛”。如何将这些自动化“孤岛”互联起来形成“集成”的群岛，以便合理的利用资源，最大限度的共享信息，从而提高企业效益，这是当前企业信息化至关重要的一环。而Ethernet技术和应用的发展，使企业信息集成成为可能。

    传统的压缩机控制是通过手工的方式操作控制面板，不仅工作效率较低，而且不能使实时历史数据进入企业信息管理系统。当前国内压缩机市场竞争非常激烈，要使自己的产品在市场上占有优势，除了为企业提供质量可靠的压缩机产品之外，还要有良好的售后服务，反应及时、运行可靠的监控系统是很重要的一项服务。

    以单片机或微控制器为代表的嵌入式系统，已经在工业控制领域得到了广泛的应用。与通用型计算机系统相比，嵌入式系统功耗低、可靠性高；功能强大、性能价格比高；实时性强、支持多任务；占用空间小，效率高。泓格公司开发的嵌入式Ethernet控制器I-7188EXD能完成瘦服务器功能，通过以太网自动、实时、方便的提供现场数据给上位机。

    总部设在美国新泽西洲的英格索兰公司的压缩机在中国厂矿企业中使用很多，本文主要介绍了对其进行远程监视与控制的监控系统的设计与开发，此监控系统可以自动完成空气压缩机监测数据的自动采集、传输、处理和存贮，能够根据应用需求通过计算机网络将监测数据及其它相关处理信息提供给客户端计算机，作为控制和调度的依据，并且可以方便地与其它系统以多种方式实现数据交流和共享。

2   系统设计

2.1  控制方案

图1  控制方案图

    如图1所示的控制方案中，重要的控制参数存放在上位机上，I-7188EXD承担着双重作用，压缩机的本地控制和数据采集由与压缩机相连的SG控制器完成，IRI远程通讯转换器完成通信协议的转换。I-7188EXD在系统中是主控器、IRI和SG控制器是受控器，满足RS-485通信协议的主从要求。I-7188EXD作为Server服务器，是通讯连接的核心。I-7188EXD一直等待上位机的网络连接，随时接受上位机的命令要求，上传要求的设备的数据；同时根据有关的命令，对压缩机进行相关操作。与上位机通信正常时，历史数据全部通过网络存储在本地网监控中心，数据查询、报表打印全部由监控中心完成。当与上位机通信不正常时，I-7188EXD启动数据存储功能，将数据保存在其本身的Flash存储器中。在通信状态恢复正常后，关闭存储功能，并把所存储的数据上传到上位机。

图2  压缩机远程监控系统的系统结构图

2.2  系统工作原理

    如图2所示， I-7188EXD与IRI远程通讯转换器采用RS-485通信，波特率设为19 200bps，使用Modbus协议。其中，I-7188EXD为现场控制单元的主控制器，IRI为受控器。I-7188EXD与控制服务器采用TCP/IP通信方式。

2.3  系统配置

(1)  I-7188EXD

    I-7188EXD由80188-40处理器驱动，带512KB静态RAM和512KB的Flash存储器。带有一个串行RS-232口和一个RS-485口。I-7188EXD具有10 Base-T以太网接口，与NE-2000兼容，网络控制器内建16KB缓存，支持TCP/IP协议和Web server。它内置实时时钟，看门狗定时器、内置MiniOS7操作系统、具有64位硬件唯一序列号，支持用户程序加密。它具有独特的双看门狗安全设计，即软件看门狗和硬件看门狗组成，如果主控计算机死机，所有的输出模块就进入预设的安全状态，符合工业的安全要求，使用方便，可大幅增加系统安全性。

(2)  SG型控制器

    SG型控制器用于控制SG型空气压缩机，控制器中设有寄存器，用来存放压缩机运行时的相关参数以及报警、警告信息等。

(3)  IRI远程通讯转换器

    由于SG型控制器的对外通信协议的商业机密性，为了使其能与I-7188EXD通信，必须接入通讯转换器。IRI远程通信转换器是英格索兰高科技的一个产品，主要用于压缩机与计算机之间的信息转换和传输，并可以为压缩机设置唯一的ID号。

3  软件设计

3.1  I-7188EXD与IRI之间的通信

    这一部分为SCADA软件设计，是整个系统中较为复杂的部分，因为I-7188EXD模块负责协调所有IRI远程通讯转换器的正常工作，以及与控制中心通讯，工作负荷比较大，所以必须仔细设计，考虑周全，反复调试，才能正常工作。这部分主要是I-7188EXD内置的现场控制程序，采用TC2.0编写，调用了I-7188相应的库函数，根据有关的协议进行数据采集，不停的遍历端口，分析数据，保存当前的有用数据，主要有初始化模块、定时采集模块、数据通信模块等。主程序首先初始化系统，包括对各串口以及系统运行参数的初始化，并设置时钟中断，然后运行各功能模块。

3.2  I-7188EXD与上位机之间的通信

    这部分主要是I-7188EXD与上位机之间的通信，笔者采用了北京昆仑通态有限公司的通用组态软件MCGS完成。它是运行在Windows98/NT/2000上的一种通用组态软件，在其软件系统中集成了使用MCGS构造适应系统需要的“数据采集系统”，并完成工业现场从设备采集、工作站数据处理和控制到上位机网络管理和Web浏览的所有功能，保证信息在全厂范围内的畅通。其主要特点如下：

    (1)  MCGS的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系，现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。

    (2)  它的报警系统，具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。MCGS分布式报警管理提供多种报警管理功能。包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。

    (3)  它还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗。MCGS提供一套全新的、集成的内嵌式报表系统，内部提供丰富的报表函数，用户可创建多样的报表。它不仅能够构造有效的数据采集和监控系统，而且网络功能强大，应用广泛，特别适用于本监控系统的联网需要。

    MCGS的开发系统中集成了大量知名企业产品的驱动程序，其中包括了泓格公司的各系列产品的驱动程序、开发程序，可以很方便的调用，简化了开发流程。

4  结语

    在工业现场，特殊环境的要求，采用嵌入式的控制和通信模块I-7188EXD来取代PC机，不仅节省了空间，而且提高了数据可靠性和稳定性。在通讯网络方面，I-7188可以同时以RS-485与下位设备连接，可远距离通信，具有强抗干扰和双看门狗设计，加强了系统的可靠性；然后再用以太网通过TCP/IP协议与上位机的电脑相连，减少了工作人员的工作量和设备的投资成本，同时满足了管理人员实时了解设备运转情况的要求，使企业自动化控制和管理水平上了一个新台阶。