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气体检测领域中组态软件的应用

供稿:工控网 2007/8/27 10:20:00

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一、引言
  目前,市场上的气体检测产品虽都能达到检测和报警的目的,但这些产品的功能大都只限于个体防护和局部报警。一旦发生危险,告警信息最远也只能到达车间级的控制室,更高层次的控制系统对此则一无所知,所以也就无法做出相应的判断,无法提供分析的依据,并做出正确的决策。更没有在发生较大危险时的应对方案和合理的解决办法。在安全极为重要的今天,任何可能发生气体泄漏事故或危险的单位、企业、工厂都应具备全方位,立体的警情处理机制,以防不测和意外发生时能沉着应对,快速、高效、合理的处理事故,安全撤离相关人员,最大限度的减少破坏和损失。并能取得大量可靠的证据以便事后分析事故发生的原因,为再生安全采取相应的预防措施,取得第一手的经验和参考资料。  本文设计的系统能够有效的对气体检测、报警进行监控。该系统应用计算机技术、数据采集技术、控制技术、通讯技术以及CRT显示技术,能完成气体检测,气体浓度显示,探测点位置显示、声光报警,报警查询,历史数据记录、查询,报表打印 ,文件刻录备份,远程Web浏览,线路故障诊断等功能。在各现场的气体检测报警中得到了非常好的应用。二、组态软件PCAuto 5.0介绍
  三维力控公司的组态软件PCAuto 5.0是一种位于计算机控制系统中监控层级的专用底层开发软件,主要负责对下集中管理控制层,对上连接服务于管理层。是对现场生产数据进行采集和过程控制的一种软件,最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成。其扩展性和兼容性很强。  软件主要有以下组成部分和功能:a 工程管理器 (Project Manager) ——工程管理器主要用于创建工程、工程管理等用于创建、删除、备份、恢复、选择当前工程。b 开发系统 (Draw) ——开发环境是一个集成环境,可以创建工程画面,配置各种系统参数,启动力控其他工程等组建。c 界面运行系统(View) ——界面运行系统用来运行由开发系统Draw创建的画面,脚本、动画连接等工程。d 实时数据库(DB) ——实时数据库系统是力控软件的数据处理核心,构建分布式应用系统的基础。它负责实时数据处理、历史数据存储、统计数据处理、报警处理、数据服务请求处理等。e I/O驱动程序(I/O Sever) ——I/O驱动程序负责力控与I/O设备的通信。它将I/O设备寄存器中的数据读出后,传送到力控数据库DB中,然后在界面运行系统的画面上动态显示。f 网络通信程序(NetClient/NetServer)——网络通信程序采用TCP/IP通信协议,可利用Intranet/Internet实现不同网络节点上力控之间的数据通信。g 通信程序(PortServer) ——通信程序支持串口、电台、拨号、移动网络通信。通过力控在两台计算机之间,使用RS232C接口,可实现一对一(1:1方式)的通信:如果使用RS485总线,还可以实现一对多台计算机(1: N方式)的通信,同时也可以通过电台、modem、移动网络的方式进行通信。h Web服务程序(Web Server)   ——Web服务程序可以为处在世界各地的远程用户实现在台式机或便携机上用标准的浏览器实时监控现场生产过程。i 控制策略生成器(StrategyBuilder) ——控制策略生成器是面向控制的新一代软件逻辑自动化控制软件,采用符合IEC1131-3标准的图形化变成方式,提供包括:变量、数据运算、逻辑功能、程序控制、常规功能、控制回路、数字点处理等在内的十几类基本运算块,内置常规PID、比值控制、开关控制、斜坡控制等丰富的控制算法。同时提供开放的算法接口,可以嵌入用户自己的控制程序。控制策略生成器与力控的其他程序组件可以无缝连接。三、 系统工作原理
  计算机控制系统一般分为设备层、控制层、监控层、管理层四个层次机构,它们共同构成分布式的工业网络控制系统。其中设备层负责将物理信号转换成数字或标准的模拟信号,控制层完成对现场工艺过程等的实时监测与控制,监控层通过对多个控制设备的集中管理来完成监控生产运行过程的目的,管理层则实现对生产数据进行管理、统计和查询,并通过分析得出相应的结论进行必要的实施。在本系统中探测器属于设备层,控制器属于控制层,工控机属于监控层,而工厂DCS系统属于管理层。本系统的工作原理为:探测器安装在气体容易发生泄漏的工业现场或其他场所,探测器将检测到的气体浓度转化为电压、电流(4~20mA)等标准电信号,再通过屏蔽电缆等传输介质将信号传送至报警装置,比如控制器SP-1003。控制器对每一路信号进行采集、处理,如果达到预设的报警限,则发出报警信息。同时,控制器与上位机即工控机进行通讯,将每一路探测器监测到的气体浓度信息上传至工控机。工控机运行有组态软件设计的监控程序,对控制器上传来的数据进行统计、分析和处理,并通过网络与工厂DCS系统联系,将处理后的报警等信息发布,各客户端可远程浏览当前的现场气体浓度值、位置等信息。有的探测器可直接与上位机连接组成计算机检测系统。系统工作原理图如下:


图1四、 系统硬件设计
1、系统硬件组成a、探测器: SP-1102(可燃气体探测器) 72 只SP-4102(可燃气体探测器) 10只RAEguard(氯气探测器) 14 只SP-3104(氢气探测器) 12 只SP-3104(氨气探测器) 8 只b、控制器: 多点式控制器 SP1003-2 2 套                    SP1003-4 2 套                    SP1003-8 2 套                    SP1003-16 3 套总线式控制器 SP-2003 1 套c、数据采集卡: PCL-813 1 块d、通讯卡: PCL-745 1 块e、以太网模块: 1 块f、 工业控制计算机 EVOC 1 台2、系统整体结构如下:


3、系统通讯的实现    a、工厂DCS系统与工控机采用以太网通讯,协议采用标      准网络TCP/IP协议。    b、 工控机与SP1003-4/8/16系列控制器采用RS-485方式通讯,协议采用自定义协议如下:     工控机通过串口比如COM1,依次发送各个控制器的地址:50H、51H、… …9FH。如果控制器接受到的地址和自己设定的相同地址后作出应答。发送应答数据格式如下:@     80   00   0025    0050    0123 ……起始字符  控制器地址  气体类型  低报警限  高报警限   实时检测值                 第一路探测器数据00    0025    0050     0123    9fec  @        第二路探测器数据气体类型  低报警限   高报警限   实时检测值    校验和 结束字符    c、工控机与SP1003-2控制器中间采用以太网模块连接,协议采用标准网络TCP/IP协议。    d、工控机与SP-2003系列控制器采用RS-485方式通讯,协议采用采用标准的MODBUS协议,如下:工控机发送数据:    [70] [03] [00][00]  [00][14] [4f][24]    控制器地址  功能代码 起始地址   字节数 CRC校验收到数据:03 28 00 00 07 9E 07 21 04 D0 00 00 07 9E 07 21 07 3D 00 00 07 9E 07 21 00 00 00 00 07 9E 07 21 0A 28 00 00 07 9E 07 21 1E 61 08 D4依次为返回的控制器地址、功能代码和32路的探测器检测的两级报警限值和实时检测值以及校验和。五、 系统控制软件设计
1、 系统控制软件是基于组态软件上二次开发的控制软件。    a、功能:i. 实时数据显示ii. 报表iii. 打印iv. 曲线v. 刻录vi. 历史数据存储vii. 报警显示、记录、查询viii. 后台程序处理功能:和其他计算机通讯    b、画面:i. 探测器位置显示画面探测器位置显示画面可以根据用户提供的LOGO图,详细的显示探测器的布置位置,并在探测器上实时显示检测浓度值。如果某个探测器发生报警,在画面上相应的位置上的探测器图标会根据报警级别显示不同的报警颜色,提示报警,同时还有语音报警。ii. 实时数据显示画面实时数据显示画面显示每一个探测器实时检测数值,第一时间将探测器检测的浓度值直观的显示出来。便于观察。iii. 报表画面报表画面显示的是实时和历史的采集和记录数据。可以查询某一天或某一段时间内的数据。并且可以打印报表,或者做报表的其他输出。iv. 数据曲线画面数据曲线画面直观的显示探测器检测的数值是实时趋势或者某一段时间的历史趋势。v. 报警画面报警画面显示有两种,一种是实时报警画面,即显示当前正在报警或者报故障的探测器的信息。第二种是历史报警画面,显示曾经发生的报警信息,可以查询和打印。vi. 数据处理(刻录)画面数据处理画面一般为特别设定的检测数据的处理画面,比如数据备份、数据转储,以及文件刻录等。六、 总结
1、 提高了气体监测的管理水平。2、 有助于对环境中气体浓度的检测和分析3、 如果发生较重大的气体泄漏等事故,上层系统能及时得知,并能提供较好的应对方案,最大限度的降低损失。4、 本系统全部或局部控制方式可用于其他报警系统的使用。

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