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1  引言

    我國大型企業內存在著種類繁多的自動化系統。這些自動化系統通常由各個局部（如車間）逐步發展起來，往往是各自獨立的“孤島”。如何將這些自動化“孤島”互聯起來形成“集成”的群島，以便合理的利用資源，最大限度的共享信息，從而提高企業效益，這是當前企業信息化至關重要的一環。而Ethernet技術和應用的發展，使企業信息集成成為可能。

    傳統的壓縮機控制是通過手工的方式操作控制面板，不僅工作效率較低，而且不能使實時歷史數據進入企業信息管理系統。當前國內壓縮機市場競爭非常激烈，要使自己的產品在市場上占有優勢，除了為企業提供質量可靠的壓縮機產品之外，還要有良好的售后服務，反應及時、運行可靠的監控系統是很重要的一項服務。

    以單片機或微控制器為代表的嵌入式系統，已經在工業控制領域得到了廣泛的應用。與通用型計算機系統相比，嵌入式系統功耗低、可靠性高；功能強大、性能價格比高；實時性強、支持多任務；占用空間小，效率高。泓格公司開發的嵌入式Ethernet控制器I-7188EXD能完成瘦服務器功能，通過以太網自動、實時、方便的提供現場數據給上位機。

    總部設在美國新澤西洲的英格索蘭公司的壓縮機在中國廠礦企業中使用很多，本文主要介紹了對其進行遠程監視與控制的監控系統的設計與開發，此監控系統可以自動完成空氣壓縮機監測數據的自動采集、傳輸、處理和存貯，能夠根據應用需求通過計算機網絡將監測數據及其它相關處理信息提供給客戶端計算機，作為控制和調度的依據，并且可以方便地與其它系統以多種方式實現數據交流和共享。

2   系統設計

2.1  控制方案

圖1  控制方案圖

    如圖1所示的控制方案中，重要的控制參數存放在上位機上，I-7188EXD承擔著雙重作用，壓縮機的本地控制和數據采集由與壓縮機相連的SG控制器完成，IRI遠程通訊轉換器完成通信協議的轉換。I-7188EXD在系統中是主控器、IRI和SG控制器是受控器，滿足RS-485通信協議的主從要求。I-7188EXD作為Server服務器，是通訊連接的核心。I-7188EXD一直等待上位機的網絡連接，隨時接受上位機的命令要求，上傳要求的設備的數據；同時根據有關的命令，對壓縮機進行相關操作。與上位機通信正常時，歷史數據全部通過網絡存儲在本地網監控中心，數據查詢、報表打印全部由監控中心完成。當與上位機通信不正常時，I-7188EXD啟動數據存儲功能，將數據保存在其本身的Flash存儲器中。在通信狀態恢復正常后，關閉存儲功能，并把所存儲的數據上傳到上位機。

圖2  壓縮機遠程監控系統的系統結構圖

2.2  系統工作原理

    如圖2所示， I-7188EXD與IRI遠程通訊轉換器采用RS-485通信，波特率設為19 200bps，使用Modbus協議。其中，I-7188EXD為現場控制單元的主控制器，IRI為受控器。I-7188EXD與控制服務器采用TCP/IP通信方式。

2.3  系統配置

(1)  I-7188EXD

    I-7188EXD由80188-40處理器驅動，帶512KB靜態RAM和512KB的Flash存儲器。帶有一個串行RS-232口和一個RS-485口。I-7188EXD具有10 Base-T以太網接口，與NE-2000兼容，網絡控制器內建16KB緩存，支持TCP/IP協議和Web server。它內置實時時鐘，看門狗定時器、內置MiniOS7操作系統、具有64位硬件唯一序列號，支持用戶程序加密。它具有獨特的雙看門狗安全設計，即軟件看門狗和硬件看門狗組成，如果主控計算機死機，所有的輸出模塊就進入預設的安全狀態，符合工業的安全要求，使用方便，可大幅增加系統安全性。

(2)  SG型控制器

    SG型控制器用于控制SG型空氣壓縮機，控制器中設有寄存器，用來存放壓縮機運行時的相關參數以及報警、警告信息等。

(3)  IRI遠程通訊轉換器

    由于SG型控制器的對外通信協議的商業機密性，為了使其能與I-7188EXD通信，必須接入通訊轉換器。IRI遠程通信轉換器是英格索蘭高科技的一個產品，主要用于壓縮機與計算機之間的信息轉換和傳輸，并可以為壓縮機設置唯一的ID號。

3  軟件設計

3.1  I-7188EXD與IRI之間的通信

    這一部分為SCADA軟件設計，是整個系統中較為復雜的部分，因為I-7188EXD模塊負責協調所有IRI遠程通訊轉換器的正常工作，以及與控制中心通訊，工作負荷比較大，所以必須仔細設計，考慮周全，反復調試，才能正常工作。這部分主要是I-7188EXD內置的現場控制程序，采用TC2.0編寫，調用了I-7188相應的庫函數，根據有關的協議進行數據采集，不停的遍歷端口，分析數據，保存當前的有用數據，主要有初始化模塊、定時采集模塊、數據通信模塊等。主程序首先初始化系統，包括對各串口以及系統運行參數的初始化，并設置時鐘中斷，然后運行各功能模塊。

3.2  I-7188EXD與上位機之間的通信

    這部分主要是I-7188EXD與上位機之間的通信，筆者采用了北京昆侖通態有限公司的通用組態軟件MCGS完成。它是運行在Windows98/NT/2000上的一種通用組態軟件，在其軟件系統中集成了使用MCGS構造適應系統需要的“數據采集系統”，并完成工業現場從設備采集、工作站數據處理和控制到上位機網絡管理和Web瀏覽的所有功能，保證信息在全廠范圍內的暢通。其主要特點如下：

    (1)  MCGS的網絡功能使企業的基層和其它部門建立起聯系，現場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數據。管理人員不需要深入生產現場，就可以獲得實時和歷史數據，優化控制現場作業，提高生產率和產品質量。

    (2)  它的報警系統，具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點。MCGS分布式報警管理提供多種報警管理功能。包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優先級、報警過濾、新增死區和延時概念等功能，以及通過網絡的遠程報警管理。

    (3)  它還可以記錄應用程序事件和操作員操作信息。報警和事件具有多種輸出方式：文件、數據庫、打印機和報警窗。MCGS提供一套全新的、集成的內嵌式報表系統，內部提供豐富的報表函數，用戶可創建多樣的報表。它不僅能夠構造有效的數據采集和監控系統，而且網絡功能強大，應用廣泛，特別適用于本監控系統的聯網需要。

    MCGS的開發系統中集成了大量知名企業產品的驅動程序，其中包括了泓格公司的各系列產品的驅動程序、開發程序，可以很方便的調用，簡化了開發流程。

4  結語

    在工業現場，特殊環境的要求，采用嵌入式的控制和通信模塊I-7188EXD來取代PC機，不僅節省了空間，而且提高了數據可靠性和穩定性。在通訊網絡方面，I-7188可以同時以RS-485與下位設備連接，可遠距離通信，具有強抗干擾和雙看門狗設計，加強了系統的可靠性；然后再用以太網通過TCP/IP協議與上位機的電腦相連，減少了工作人員的工作量和設備的投資成本，同時滿足了管理人員實時了解設備運轉情況的要求，使企業自動化控制和管理水平上了一個新臺階。