MCGS組態軟件在DCS總線接口中的應用

1 引 言

組態軟件，又稱組態監控軟件系統軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(數據采集與監視控制)。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統(RTU System,Remote Terminal Unit)。國外常見的組態軟件有InTouch、 IFix、WinCC等，國內常用的為世紀星、Controx 、MCGS等。本文即以MCGS為例講解組態軟件在DCS總線接口的設計與實現。

MCGS(Monitor and Control Generated System)是由北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司開發的一套基于Windows平臺，用于快速構造和生成上位機監控系統的組態軟件系統，為用戶提供解決實際工程問題的完整方案和開發平臺，能夠完成現場數據采集、實時和歷史數據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出及企業監控網絡等功能。

MCGS需要完成對現場設備或現場儀表的數據采集和控制功能，必須依靠現場總線和MCGS的載機進行通信。而現場系統組成復雜，設備較多，設備間通信協議門類眾多，繁簡不一，因此研究與開發一種高效便利的總線接口技術，將具有很好的應用價值和市場前景。本文主要討論在MCGS系統中DCS總線接口設備的設計與實現。

2 概述

MCGS工控組態軟件開發工具基于Windows操作平臺，支持快速構造、生成工業設備驅動，具有良好的擴充能力。具體地說，MCGS用Active DLL構件的方式實現設備驅動程序，通過規范的OLE接口掛接其中，無縫接入，構成一個整體。設備驅動構件和MCGS運行在同一個進程，故運行速度快、可靠性高、數據流通順暢、傳輸無延時，符合監控系統的要求。OLE是一個可擴充的開放標準，只要遵守MCGS的接口規范，就可以使用 VB，VC，Delphi等語言編制MCGS的設備驅動程序。這為在總線中接入自行研制的現場設備和現場儀表提供了基礎。

嵌入式技術的高速發展為提供低價格、高性能、自帶大量數據存儲空間的片上系統提供了可能，通過外接MAX485，MAX232等電平轉換芯片，能夠在硬件上輕松實現PC和DCS總線的連接。而計算機串行口是計算機和其他設備通信時最常用的一種通信接口。RS-232-C是美國電子工業協會 EIA(Electronic Industry Association)制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C總線標準設有25 條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。一個串行口可以掛接多個通信設備(如1個RS 485總線上可掛接255個研化通訊模塊，但他們共用1個串口父設備)，為適應計算機串行口的多種操作方式，MCGS采用在串口通訊父設備下掛接多個通信子設備的一種通訊設備處理機制，各個子設備繼承一些父設備的公有屬性，同時又具有自己的私有屬性。在實際操作時，MCGS提供1個串口通訊父設備構件和多個通訊子設備構件，串口通訊父設備構件完成對串口的基本操作和參數設置，通訊子設備構件則為串行口實際掛接設備的驅動程序。這樣就為在總線上掛接多個現場設備和現場儀表提供了保障。MCGS與DCS設備接口如圖1所示。

3 DCS總線接口設計

3.1 MCGS接口設備構建

在DCS系統設計時，在系統中首先要對現場設備和現場儀表進行歸類，對于類型相同的一類設備在MCGS中可以通過復用設備，單獨存儲的方式，以節省與多個設備通信的時間和開銷。通常構造的接口設備功能要單一，然后將其統一組態。

在MCGS中通過構造接口設備，可以將MCGS的GUI控制方式引入DCS的控制中(如圖2所示)，實現DCS控制的圖形化、交互化和組態化，是一種在現有技術和設備上的改造型創新，具有很好的工程應用前景和社會效益。圖2中所示數據均來源于現場設備，而仿真儀表也同樣是通過DCS與現場儀表連接，實現控制調節功能。

3.2 DCS總線接口設備硬件設計

如圖3中DCS網關主要功能是控制網絡(監控計算機與控制站)的切換，同時他還擔負上下數據通信的協議解析和轉換。DCS網關采用Philips公司的LPC2136微控制器，它是一款具有較高性價比的基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有256 kB嵌入的高速FLASH存儲器。具有2個16C550工業標準UART，可以完成上位機與下位機的通信。使用簡單方便，功能強大，其包含多達47個通用 I/O口(可承受5 V電壓)，可用于485通信接口的使能信號。

RS-232通信的主要缺點就是傳輸距離較短，針對RS-232串口標準的局限性，人們又提出了RS-422,RS- 485接口標準。RS-485/422采用平衡發送和差分接收方式實現通信：發送端將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A,B兩路輸出，經過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復。RS-485/422最大的通信距離約為1219M，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485采用半雙工工作方式，支持多點數據通信。RS-485總線網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構。即采用一條總線將各個節點串接起來，不支持環形或星型網絡。如果需要使用星型結構，就必須使用485中繼器或者485集線器才可以。RS-485/422總線一般最大支持32個節點，如果使用特制的485芯片，可以達到128 個或者256個節點，最大的可以支持到400個節點。基于以上的優點，結合本系統的實際情況采用485通信。