现场总线技术在循环水处理中的应用

工业仪表与自动化装置2007年第1期现场总线技术在循环水处理中的应用俞梅孙娜张丽芳(大连交通大学电气信息学院辽宁大连116028 )摘要:主要论述了-种循环水动态模拟装置现场总线控制系统的设计方案。该系统安全可靠，操作界面友好能满足循环水处理的自动控制要求具有显著的节能效果。关键词:循环水;LabVIEW ;OPC服务器微型消息总线( MMB );中图分类号TP273文献标识码:A文章编号:1000 - 0682( 2007 )01 -0024 -03Application of Feildbus technology in circulating water treatmentYU Mei SUN Na ZHAN Li-fang( Department of Eletricity and Information ,Dalian Jiootong University Liooning Dalian 1 16028 )Abstract This passage introduces a project on cireling water simulate equipment base on Fiuldbuscontrol system. This system with safety capability friendly interface ,could be satisfied with all require-ments of auto - control on water treatment. It obtained objective effects on energy saving application.Key words circling water ;0PC server ;LabVIEW ;micro message bus( MMB )体、以计算机为中心的系统编程、组态、维护、监控等0引言功能为一体的工作平台。该文设计采用的就是基于在化工、制药、冶炼等工业中，对污水的处理是现场总线技术的控制系统。至关重要的问题。工业水处理的要求是既能最大限1现场总线控制系统度地节约工业冷却水及药剂量,又能有效地防止设备的腐蚀和结垢,减少对环境的污染。- -般都预先循环水动态模拟装置现场总线控制系统构成如采用一套模拟实验装置来模拟整个循环水处理的过图1所示:上层是由OPC服务器、LabVIEW DSC和程采用监测换热器的方法模拟生产装置换热器的下载调试程序组成的上位机系统;下层是由智能测操作条件采用饱和蒸汽作为热介质运行-段时间控组件构成的下位机系统。后取下测算污垢热阻,从而计算所需要的药剂量。然而循环水处理工艺是-一个多参量(温度、流量、下载与LabVIEW DSC ]pH值等)多任务(泵的关断风门、阀门开度等)的谰试程序OPC服务器]系统因此需要一个具有智能监控和综合管理功能嵌入式网关为一体的系统来进行管理使之安全可靠地运行。上位机系统随着电子技术、自动控制技术和计算机网络技微型控制系统CAN总线术的发展现场总线控制系统FCS )以其全数字、全↓分散、全开放的绝对优势成为21世纪工控领域的新[智能组件] .. [智能组件]-代主流产品被广泛应用于工业生产现场现场总图1整个控制系统线控制系统是以现场总线技术为核心,以基于现场1.1上位机系统总线的智能I/O、智能传感器或智能仪表为控制主在上位机系统中,嵌入式网关是采用CAN网卡,网关的功能是完成CAN总线与以太网之间的协收稿日期2006-06-12 !基金项目辽宁省教育厅重大项目工业控制现场智能化设备议转换实现工业PC机与CAN总线的通信功能。网卡是.上位机上运行的监控软件与现场智能测控组的嵌入式构件平台研究"基金资助( 202031003 )2007年第1期工业仪表与自动化装置件故障检测系统时钟的确定等功能。0PC通信协议就要求运行一一个OPC服务器。这里:上位机采用基于LabVIEWDSC的监控软件。用的OPC服务器是Matrikon公司的，该OPC ServerLabVIEW( Laboratory Virtual Instrument Engineering的接口定义符合OPC规范，主要由OPC Server( 服Workbench)是实验室虛拟仪器集成开发平台的简务器)对象、Group(组)对象、ltem(项)对象组成。称,它是目前国际上应用最广泛的虚拟仪器开发环其服务器配置文件以. xml为扩展名。它支持应用.境之一。LabVIEW的最大特色是采用编译型图形层所用的MODBUS协议通过物理接口RS232传送化编程语言- G语言( Graph Programming) ,它与C ,数据,整个通信过程可以简单地理解为:LabVIEWPascal,Basic等传统语言最大的区别在于:传统编程将要发布的数据先送到OPC服务器然后OPC服语言用文本语言编程，程序的执行依赖于文本所描务器通过串口RS232传给底层设备;LabVIEW读现述的指令而LabVIEW使用图形语言(即各种图标、场数据就是将传到OPC服务器中的数据读上来并图形、符号、连线等)以框图的形式编写程序[1。在前面板显示出来2。LabVIEW作为上位监控软件,可以实现以下功1.3下位机系统能数据采集与流程显示,实时与历史数据曲线显嵌入式系统一般指非PC系统,它包括硬件和示故障诊断和事故报警数据存储浏览及报表打印软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及功能友好的人机交互等等。但是,用LabVIEW实外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件包括嵌现事故报警、系统事件发生、实时与历史数据曲线显入式操作系统与架设在其上的应用软件了。嵌入示及安全性功能时,都是通过复杂编程实现的,因式系统的核心是嵌入式微处理器。设计中下位机采此对于不熟练LabVIEW的用户来说,相对较难。用的就是以三合仪表公司开发的智能测控组件鉴于此,NI公司推出了LabVIEW的附加模块一-SHCAN6XXX为硬件,以微型消息总线( MMB )为软数据记录监控模块DSC Datalogging and Supervisory件的嵌入式系统。Control Module )此模块是专为过程控制设计的,它1.3.1 下位机硬件的设计提供了实现过程控制软件所必需的控件和功能模智能测控组件SHCAN6XXX是选取TI公司生块如实时历史趋势图、报警、数据报表等等。因此,产的TMS320F2812DSP作为核心处理器,内部软件利用LabVIEW+DSC"的设计方法来开发监控软包括实时嵌入式多任务操作系统、构件库以及以构件在上述功能的实现过程中,既操作简单，又无需件装配序列形式存在的应用软件4。I/0 板的全部大量的编程工作,更 能节省开发时间,提高开发效功能包括以下部分模拟量输入( AI )最多16路、模率。拟量输出( AO )最多12路、开关量输入( DI )和开关1.2 OPC 服务器量输出DO )加起来最多29路、频率输入( FI)1路、OPC( OLE for Process Control )采用客户机服务CAN通信、RS232通信,从而可以实现现场数据的器的结构基于Microsoft 的COM/DCOM对象模型采集、分析计算和控制显示功能。并且采用了由实和ActiveX技术,该技术完全支持分布式应用和异.时多任务操作系统、实时监控软件、任务级组态软构环境下应用程序之间软件的无缝集成和互操作件、实时数据库等构成的现场智能测控仪表软件集性。OPC给控制系统应用程序之间的通讯建立了成技术支持在线组态。一个接口标准在控制设备与控制软件之间建立了1.3.2 下位机软件的实现统一的数据存取规范,这个接口规范不但能够应用MMB工程始于1998年为现场总线控制系统”于单台计算机,而且可以支持网络上分布式应用程中的现场智能测控构件”的研制而提出的软件构序之间的通讯,以及不同平台上应用程序之间的通件模块加组态序列构成软件解空间”的软件设计思讯。想并在对构件服务一消 息序列”模式进行了充在该控制系统中，为了实现数据通信任务采用分研究的基础上实现了MMB软件系统提出了基了一种 LabVIEW +OPC"的方法,由于LabVIEW软于消息总线的微型软件体系结构。件平台支持DataSocket技术,DataSocket 技术是一种MMB嵌入式系统应用软件编程语言引入IEC能很容易地通过各种连接传送测量数据实现实时61499标准,IEC61499 标准定义了一整套独立于具工业仪表与自动化装置2007年第1期用鲁棒的、可重用、即插即用的软件组件一功能块功能现场装置中运行的组态,可以通过MMBIDE:( Function Block )作为分布式应用的主要模块。系进行调试。统设计者可根据控制功能需要选择特定功能块并MMBIDE以Editplus Text Editor 软件为平台通按照IEC61499标准将其输入输出通过网络互连形过其提供的配置用户工具”菜单可以将INVA虚成完整的工业应用,从而构建面向对象的、全开放拟机、组态和参数下载程序及参数实时监控控件外的、全分布的新型工业控制系统[5。挂到用户工具栏中，方便用户使用。MMBIDE具有MMB是一种基于CAN总线开发的分布式现场以下功能:总线控制系统图2为MMB的总体结构图,它将软( 1 )组态源程序编辑、编译、调试;件构件技术应用于实时嵌入式系统,使 系统具有很(2)参数源程序编辑、编译;好的裁剪性即用户可以根据特定的需求选择系统( 3 )通信源文件编辑、编译;提供的构件从而灵活实现自己的系统。MMB 嵌入(4)组态下载;式系统应用软件的功能模块库是各种控制和算法的(5 )参数下载;集合,有17大类120种特定的功能模块实时数据(6)实时参数显示。.库具有2048点各种类型的控制运行参数是系统参2结束语数、功能模块工作参数、控制参数、运行变量等的集合。该文阐述了循环水动态模拟装置的整个现场总RS-232C。 OPC| 现场监控软件(下载组线控制系统的设计与实现,包括了上下位机的设计服务器态、实时数据监控)以及上下位机之间的数据通信采用现场总线技术,RS-232C、OPC 各 类组态软件(实时监使得系统功能完善操作界面简单很大程度上提高服务器控: Fix和LabView等)了循环水处理的自动化程度。该控制系统的运行表SPI总线厂 扩展EEPROM明在保证设备正常运行的同时，也为工厂节约了大CAN总线量的资金。参考文献:CAN-Euhermet TMS320C212. FMS320C2812|网桥硬件内核J"硬件内核[1]杨乐平,李海涛. LabVIEW程序设计与应用[ M]北图2 MMB 体系结构京电子工业出版社2002.MMB集成开发环境(MMBIDE)是MMB针对应[2]乔毅袁爱进唐明新等.基于LabVIEW和0PC的数据通信的实现J ]控制工程2005 (3 ):153- 155.用系统开发者需要开发的进行构件装配和测试的软[3]卞正刚.论嵌入式系统的发展J]仪器仪表与分析检件,它为用户提供了项目前期组态编辑、编译、下载,测2004( 1)1-3.以及后期组态调试的软件平台。操作人员根据工程[4] 何苏勤，王忠勇. TMS320C2000 系列DSP原理及实用实际要求现场进行构件装配(即组态)通过集成开技术[ M ]北京电子工业出版社2003.发环境用户工具栏中外挂的INVA虚拟机编译成智[5]黄方王智.基于1EC61499 和设计模式的控制系能仪表可以识别的机器代码再使用用户工具栏中统设计方法[J]信息与控制2005 ( 2)75 -80.外挂的组态下载和参数下载程序通过OPC服务器[6] 袁爱进.微型消息总线系统Z]大连大连三合仪表，2004.下载到智能仪表中,使智能仪表可以实现各种控制第三届全国工业过程测量和控制标准化技术委刘霜秋主任在会，上做了重要指示并通报了国家员会( SAC/TC124 )第四次全体委员会议于2006年标准化工作在十一五” 期间的两个发展阶段目标10月24日~10月27日在重庆西南大学举行。国和十二项重点保证措施。家标准化管理委员会高新技术部刘霜秋主任、谷晓会议总结了过去五年来标委会所做的主要工作宇处长、机械工业仪器仪表综合技术经济研究所薛以及今后标委会的工作设想。会议审查了涉及仪表一平所长、西南大学黎小龙副校长、北京分析仪器研系统功能安全和可编程仪器接口等内容的五项国家究所郑增德所长、西安工业自动化仪表研究所刘耀标准。会议特邀IEC/TC65主席Roland Heidel 先生武所长西南大学计算机与信息科学学院刘枫副院做了IEC/TC65结构调敕和技术标准发展情况的报