引言
在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，國產(chǎn)組態(tài)軟件的應(yīng)用越來越普遍，其中組態(tài)王6.5具有良好的圖形界面、豐富的驅(qū)動程序和網(wǎng)絡(luò)功能，價(jià)格適中，因而在國內(nèi)冶金、電力等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但是，組態(tài)王并非面面俱到，有時(shí)需要利用其他軟件彌補(bǔ)其薄弱環(huán)節(jié)。本文基于組態(tài)王6.5和Visual Basic 6.0實(shí)現(xiàn)了一種適合工業(yè)現(xiàn)場的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該方法既利用組態(tài)軟件方便快捷的界面設(shè)計(jì)功能，又可借助VB編程實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的串口通信、復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和處理等功能。本系統(tǒng)投入運(yùn)行后，對武鋼工業(yè)港的6312站和1#混勻取料機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)測和故障診斷。實(shí)際運(yùn)行效果表明：該監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了武鋼工業(yè)港中控室和各監(jiān)控點(diǎn)之間連續(xù)、可靠的數(shù)據(jù)信息交換，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全有效的工業(yè)監(jiān)控方式。
1、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)采用無線傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和工控機(jī)，以分布式控制方式組成監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，主站上位機(jī)采用1臺工業(yè)PC機(jī)作為中控室的主機(jī)，從站下位機(jī)為2臺現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置，分別連接6312站和1#混勻取料機(jī)的信號源。作為信息終端的上、下位機(jī)通過串行端口與無線傳輸裝置相連，以無線通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的相互傳輸，形成一個(gè)三級網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
上位機(jī)中的監(jiān)控軟件負(fù)責(zé)向下位機(jī)發(fā)送地址信息和控制命令，接收來自下位機(jī)管理設(shè)備的相關(guān)運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)信息，完成對生產(chǎn)過程的動態(tài)模擬顯示和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，提供信息報(bào)警和數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。下位機(jī)完成對設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，然后響應(yīng)主站的請求，通過無線傳輸裝置將設(shè)備的更新數(shù)據(jù)以無線通信的方式及時(shí)上傳至主站的上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備點(diǎn)檢狀態(tài)的在線監(jiān)測。
2、監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)
2.1 組態(tài)王簡介
組態(tài)王是一款國產(chǎn)組態(tài)軟件，它具有①豐富的圖庫及圖庫開發(fā)工具，通過形象簡單的組態(tài)工作，即可構(gòu)成所需功能的界面；②大量的設(shè)備驅(qū)動接口，支持國內(nèi)主流的各種PLC、智能儀表、板卡和現(xiàn)場總線等工控產(chǎn)品；③一種類似C語言的編程環(huán)境，便于建立命令語言文本，處理一些簡單的算法和操作；④內(nèi)嵌許多控件函數(shù)、命令語言函數(shù)供用戶調(diào)用，另外支持自定義函數(shù)。
2.2 組態(tài)王的不足
本系統(tǒng)要求監(jiān)控軟件具有良好的監(jiān)控界面，但是單獨(dú)使用組態(tài)王將無法實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控軟件的要求，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用的過程中組態(tài)王存在如下不足：①組態(tài)王提供的命令語言環(huán)境較弱，對于較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理很難實(shí)現(xiàn)。例如：系統(tǒng)中需要通過FFT變換得到振動信號的頻譜分析曲線，對G312站的高速軸和二軸進(jìn)行故障診斷分析；②在組態(tài)王中，串口設(shè)備對應(yīng)的變量類型為字符串型，其最大長度值為128個(gè)字符，即通過串口設(shè)備組態(tài)王一次最多只能交換16B的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)故障診斷所需的數(shù)據(jù)量很大，數(shù)據(jù)終端通過無線數(shù)傳電臺交換的數(shù)據(jù)包遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了組態(tài)王定義串口通信I/O變量的范圍，因此對于利用串口設(shè)備實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量通信的系統(tǒng)，組態(tài)王存在很大的局限性。
2.3 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)
鑒于組態(tài)王的不足，我們利用組態(tài)王6.5和VB6.0混合編程開發(fā)上位機(jī)監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)如圖2所示。組態(tài)王6.5作為前臺程序完成監(jiān)控界面的開發(fā)，操作人員通過前臺運(yùn)行的組態(tài)王可以實(shí)時(shí)監(jiān)測各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和趨勢圖判斷設(shè)備的故障情況。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，VB6.0作為后臺程序，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能及復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理算法。組態(tài)王與VB程序之間以文件的形式實(shí)現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的交換，而不是采用組態(tài)王提供的DDE方式，其原因是：在 VB環(huán)境中每個(gè)數(shù)據(jù)必須對應(yīng)一個(gè)特定的文本框、標(biāo)簽或圖片框，并且在組態(tài)王中也必有一個(gè)I/O點(diǎn)對應(yīng)，因此DDE方式適合數(shù)據(jù)量不太大的場合，否則會給 VB編程帶來一定的麻煩，同時(shí)增加組態(tài)王的點(diǎn)數(shù)，增加了軟件成本。
3、監(jiān)控軟件的實(shí)現(xiàn)
3.1 監(jiān)控界面的實(shí)現(xiàn)
在Windows2000環(huán)境下，系統(tǒng)采用組態(tài)王6.5開發(fā)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面，主要包括以下部分。
（1）主界面。主界面的功能主要是反映G312站和1#混勻取料機(jī)的實(shí)時(shí)工作流程。現(xiàn)場上傳的數(shù)據(jù)與組態(tài)王數(shù)據(jù)庫中定義的變量對應(yīng)，通過圖形對象與變量之間動畫連接類型模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行，可以直觀、動態(tài)地顯示現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的變化。
（2）信號分析界面。該界面為G312站減速箱的軸承提供故障診斷的理論依據(jù)，操作人員根據(jù)信號分析界面中顯示的數(shù)據(jù)和相關(guān)趨勢圖可以判斷產(chǎn)生故障的部位和原因，預(yù)測設(shè)備未來的運(yùn)行狀態(tài)。該界面中主要顯示G312站中高速軸和二軸的溫度，振動速度值及其均方根、信號峭度、信號偏態(tài)和峰值因子等數(shù)據(jù)，以及振動速度趨勢曲線和對應(yīng)的頻譜分析曲線。
（3）信息報(bào)警界面。信息報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)生符合報(bào)警配置條件的實(shí)時(shí)報(bào)警信息時(shí)，報(bào)警點(diǎn)所屬的主界面中會彈出相應(yīng)的實(shí)時(shí)報(bào)警窗口，同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警，直至報(bào)警信息確認(rèn)恢復(fù)。歷史報(bào)警窗口中記錄系統(tǒng)運(yùn)行中的各種報(bào)警和事件信息，提供信息查詢和打印功能。
（4）報(bào)表界面。數(shù)據(jù)報(bào)表主要反應(yīng)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)等，通過對長期的生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以掌握和分析設(shè)備的生產(chǎn)情況。系統(tǒng)采用組態(tài)王提供的內(nèi)嵌式報(bào)表系統(tǒng)，根據(jù)要求設(shè)置報(bào)表的格式并對報(bào)表進(jìn)行組態(tài)。另外，調(diào)用組態(tài)王中的系統(tǒng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印功能。
3.2 數(shù)據(jù)通信及處理的實(shí)現(xiàn)
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，采用VB6.0的MSComm串行通信控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并以事件驅(qū)動方式響應(yīng)OnComm事件，對上位機(jī)接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理，具體實(shí)現(xiàn)過程如下。
第1步，初始化。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，上位機(jī)采取主叫的方式，由VB程序設(shè)置通信參數(shù)、握手信號（從站的站地址）和通信采樣時(shí)間等信息，負(fù)責(zé)建立主、從站之間的通信聯(lián)接。
第2步，請求數(shù)據(jù)。VB程序生成數(shù)據(jù)請求指令，該指令通過連接在串口上的無線傳輸裝置以廣播通信的方式向遠(yuǎn)端從站發(fā)送。在正常情況下，利用Timer控件設(shè)置上位機(jī)采樣時(shí)間，上位機(jī)定時(shí)輪流向從站請求數(shù)據(jù)。然后，上位機(jī)處于數(shù)據(jù)等待狀態(tài)。
第3步，接收數(shù)據(jù)。當(dāng)從站接收到握手信號并判斷準(zhǔn)確后，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包的形式，通過無線傳輸裝置送至上位機(jī)中。
第4步，數(shù)據(jù)處理。上位機(jī)的串口定時(shí)接收到數(shù)據(jù)包后，促發(fā)VB的OnComm事件，對數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包，然后進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，例如表度變換、FFT等。
第5步，數(shù)據(jù)交換。VB與組態(tài)王之間以文件的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的動態(tài)交換。VB將指定的字符串變量寫人文本文件中；組態(tài)王在應(yīng)用程序命令中定時(shí)更新讀取該文本文件，然后存入組態(tài)王定義的變量中，供組態(tài)王以各種形式（如文本、顏色、動畫和棒圖等）反映現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。
在利用VB實(shí)現(xiàn)無線通信的過程中，除了定義合理的通信協(xié)議外，每次發(fā)送傳輸指令后，需要適當(dāng)?shù)卦黾友訒r(shí)，等待一段時(shí)間后再從串口的輸入緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)，以此保證通信的正確性。
4、結(jié)束語
本文應(yīng)用VB編程擴(kuò)充了組態(tài)王串口通信和數(shù)據(jù)處理的功能，實(shí)現(xiàn)了一種適用于工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)集現(xiàn)場監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸于一體，便于擴(kuò)展，成功用于武鋼工業(yè)港，達(dá)到了令人滿意的監(jiān)控效果。