發布日期：2022-04-17 點擊率：102
在工業監控系統中，國產組態軟件的應用越來越普遍，其中組態王6.5具有良好的圖形界面、豐富的驅動程序和網絡功能，價格適中，因而在國內冶金、電力等領域應用廣泛。但是，組態王并非面面俱到，有時需要利用其他軟件彌補其薄弱環節。本文基于組態王6.5和Visual Basic 6.0實現了一種適合工業現場的遠程監控系統，該方法既利用組態軟件方便快捷的界面設計功能，又可借助VB編程實現大數據量的串口通信、復雜的數據分析和處理等功能。本系統投入運行后，對武鋼工業港的6312站和1#混勻取料機進行在線監測和故障診斷。實際運行效果表明：該監控系統實現了武鋼工業港中控室和各監控點之間連續、可靠的數據信息交換，是一種經濟實用、安全有效的工業監控方式。
1、監控系統的硬件結構
本系統采用無線傳輸裝置、數據采集裝置和工控機，以分布式控制方式組成監控系統。在監控系統中，主站上位機采用1臺工業PC機作為中控室的主機，從站下位機為2臺現場數據采集裝置，分別連接6312站和1#混勻取料機的信號源。作為信息終端的上、下位機通過串行端口與無線傳輸裝置相連，以無線通信的方式進行數據信息的相互傳輸，形成一個三級網絡系統，監控系統基本結構如圖1所示。
圖1 監控系統基本結構圖
上位機中的監控軟件負責向下位機發送地址信息和控制命令，接收來自下位機管理設備的相關運行狀態及參數信息，完成對生產過程的動態模擬顯示和相關的數據處理，提供信息報警和數據報表等功能。下位機完成對設備數據的實時采集，然后響應主站的請求，通過無線傳輸裝置將設備的更新數據以無線通信的方式及時上傳至主站的上位機中，實現設備點檢狀態的在線監測。
2、監控軟件的設計
2.1 組態王簡介
組態王是一款國產組態軟件，它具有①豐富的圖庫及圖庫開發工具，通過形象簡單的組態工作，即可構成所需功能的界面；②大量的設備驅動接口，支持國內主流的各種PLC、智能儀表、板卡和現場總線等工控產品；③一種類似C語言的編程環境，便于建立命令語言文本，處理一些簡單的算法和操作；④內嵌許多控件函數、命令語言函數供用戶調用，另外支持自定義函數。
2.2 組態王的不足
本系統要求監控軟件具有良好的監控界面，但是單獨使用組態王將無法實現上位機監控軟件的要求，因為在實際應用的過程中組態王存在如下不足：①組態王提供的命令語言環境較弱，對于較為復雜的數據處理很難實現。例如：系統中需要通過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行故障診斷分析；②在組態王中，串口設備對應的變量類型為字符串型，其最大長度值為128個字符，即通過串口設備組態王一次最多只能交換16B的數據。由于系統中實現故障診斷所需的數據量很大，數據終端通過無線數傳電臺交換的數據包遠遠超過了組態王定義串口通信I/O變量的范圍，因此對于利用串口設備實現大數據量通信的系統，組態王存在很大的局限性。
2.3 監控軟件結構
鑒于組態王的不足，我們利用組態王6.5和VB6.0混合編程開發上位機監控軟件，監控軟件的結構如圖2所示。組態王6.5作為前臺程序完成監控界面的開發，操作人員通過前臺運行的組態王可以實時監測各設備的運行狀態，根據相關數據和趨勢圖判斷設備的故障情況。系統運行時，VB6.0作為后臺程序，主要實現數據通信功能及復雜的數據處理算法。組態王與VB程序之間以文件的形式實現動態數據的交換，而不是采用組態王提供的DDE方式，其原因是：在VB環境中每個數據必須對應一個特定的文本框、標簽或圖片框，并且在組態王中也必有一個I/O點對應，因此DDE方式適合數據量不太大的場合，否則會給VB編程帶來一定的麻煩，同時增加組態王的點數，增加了軟件成本。
圖2 監控軟件結構圖
3、監控軟件的實現
3.1 監控界面的實現
在Windows2000環境下，系統采用組態王6.5開發上位機實時監控界面，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#混勻取料機的實時工作流程。現場上傳的數據與組態王數據庫中定義的變量對應，通過圖形對象與變量之間動畫連接類型模擬現場設備的運行，可以直觀、動態地顯示現場設備參數的變化。
（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，操作人員根據信號分析界面中顯示的數據和相關趨勢圖可以判斷產生故障的部位和原因，預測設備未來的運行狀態。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、信號偏態和峰值因子等數據，以及振動速度趨勢曲線和對應的頻譜分析曲線。
（3）信息報警界面。信息報警分為實時報警和歷史報警。當監控系統中發生符合報警配置條件的實時報警信息時，報警點所屬的主界面中會彈出相應的實時報警窗口，同時發出聲音報警，直至報警信息確認恢復。歷史報警窗口中記錄系統運行中的各種報警和事件信息，提供信息查詢和打印功能。
（4）報表界面。數據報表主要反應生產過程中的數據和狀態等，通過對長期的生產過程進行統計可以掌握和分析設備的生產情況。系統采用組態王提供的內嵌式報表系統，根據要求設置報表的格式并對報表進行組態。另外，調用組態王中的系統函數實現報表的打印功能。
3.2 數據通信及處理的實現
遠程監控系統中，采用VB6.0的MSComm串行通信控件實現數據的發送和接收，并以事件驅動方式響應OnComm事件，對上位機接收的數據包進行處理，具體實現過程如下。
第1步，初始化。系統運行時，上位機采取主叫的方式，由VB程序設置通信參數、握手信號（從站的站地址）和通信采樣時間等信息，負責建立主、從站之間的通信聯接。
第2步，請求數據。VB程序生成數據請求指令，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端從站發送。在正常情況下，利用Timer控件設置上位機采樣時間，上位機定時輪流向從站請求數據。然后，上位機處于數據等待狀態。
第3步，接收數據。當從站接收到握手信號并判斷準確后，將現場采集的數據以數據包的形式，通過無線傳輸裝置送至上位機中。
第4步，數據處理。上位機的串口定時接收到數據包后，促發VB的OnComm事件，對數據包進行解包，然后進行相應的數據處理，例如表度變換、FFT等。
第5步，數據交換。VB與組態王之間以文件的形式進行數據的動態交換。VB將指定的字符串變量寫人文本文件中；組態王在應用程序命令中定時更新讀取該文本文件，然后存入組態王定義的變量中，供組態王以各種形式（如文本、顏色、動畫和棒圖等）反映現場設備的狀態，達到遠程監控的目的。
在利用VB實現無線通信的過程中，除了定義合理的通信協議外，每次發送傳輸指令后，需要適當地增加延時，等待一段時間后再從串口的輸入緩沖區讀取數據，以此保證通信的正確性。
4、結束語
本文應用VB編程擴充了組態王串口通信和數據處理的功能，實現了一種適用于工業現場的監控系統。該系統集現場監控、數據采集和遠程傳輸于一體，便于擴展，成功用于武鋼工業港，達到了令人滿意的監控效果。
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