上位机控制系统（精选10篇）
上位机控制系统 篇1
0引言
音频设备广泛应用于音效的后续处理过程中,它将输入的音频信号实时处理后输出,使听众获得更美妙的声音。为了实现各种效果,在音频设备工作时,需要专业的操作人员进行参数设置和调整。因此,当多台设备同时工作时,会占用较多的操作人员;而且,当设备的应用现场和操作现场有一定的距离时,直接操作设备非常不便。所以,设计一种方法,实现对多台音频设备的集中和远程控制,是有实际意义的。
本文提出并开发了一种音频设备的上位机控制系统来实现对音频设备的集中和远程控制。在该上位机-音频设备系统中,计算机是上位机,单片机和DSP系统构成的音频设备为底层,上位机通过串口可以同时控制多台设备。该系统具有以下几个优点:1) 计算机中强大的Windows操作系统提供了友好的用户界面,使操作更加便捷,降低了对操作人员的专业要求;2) 实现对多台设备的集中控制,减少了操作人员数量;3) 计算机具有完备的扩展功能,可以为不同的音频设备提供各种接口。
实现该系统的难点在于,如何在不影响上位机快速响应用户操作的同时,将用户操作命令及时发送给设备。针对这两种功能对系统资源的抢夺,若采用传统的等待式的I/O操作模式极易造成线程阻塞或者系统反应滞后。为此,本文引入多线程技术。多线程技术广泛应用于有多种功能并存的协作式系统中[1,2,3,4],然而,在音频的远程控制系统中,仅仅使用多线程并不能有效地解决上述问题。因为,音频设备具有一个明显的特点:处理的实时性强,反馈性强。即它不仅经常被连续、快速地调节同一个参数,而且要求实时按照最新命令处理音频信号并输出,以辅助下一步的调节操作。可是,用户的操作速度很快,而硬件的通信速度却有限,当通信时间大于用户操作间隔时,就会出现设备响应用户操作滞后或者用户操作不流畅的问题。针对该现象,本文在引入多线程的同时,设计了一种冗余命令剔除机制。测试结果表明,该机制可有效减少通信次数,减少资源占用,既使上位机快速响应了前台用户的操作,又确保了音频设备及时地接收用户命令。
1系统总体介绍
1.1上位机功能
(1) 提供用户界面,响应前台用户操作;
(2) 通过串口发送指令,控制音频设备。
上位机系统中引入了Windows的双线程技术,分别负责上述两个功能。主线程,属于用户界面线程,负责将用户操作转换成命令代码及将音频设备的反馈信息显示到界面中;通信线程,属于工作者线程[5],负责与设备交互通信。
1.2音频设备功能
(1) 接收上位机的通信数据,执行指令;
(2) 按照设置的参数,实时处理音频信号。
音频设备中的主要器件是单片机和DSP,其中单片机负责与上位机通信并据此控制DSP工作;DSP负责音频信号的输入、处理和输出。单片机采用查询法接收上位机发送的串口指令。
2音频设备上位机控制系统的设计
2.1主线程基本类定义
上位机主线程利用Windows消息机制响应用户操作,并且将每一个用户操作定义为一个事件。多个事件构成事件队列。事件类的定义如下:
typedef struct _CtrlEvent{ //事件类的定义
DWORD deviceAddr; //设备地址标志
HWND wndHandle; //窗口标志
UINT ctlID; //控件ID标志
DWORD dataAddr; //数据地址标志
//上述为事件的四个标志
CtrlCmd Cmd;//事件中储存用户操作对应的命令及数据等信息
}CtrlEvent;
每个事件由两部分组成:事件标志和命令信息。事件标志中含四个标志变量,其意义如下:
窗口标志 用户操作时界面窗口的句柄;
控件ID标志 用户操作的控件对象的ID;
设备地址标志 用户当前操作的音频设备的ID;
数据地址标志 用户当前设置的参数在音频设备内部数据结构中的相对地址。
可见,随着用户操作的音频设备、界面窗口、控件对象和修改参数地址的不同,该操作所形成的事件中的各项标志也会不同。反过来,用户持续地、反复地对音频设备的同一参数进行操作,所形成的一系列事件中的各项标志都是相同的。
2.2双线程协作流程
用户对音频设备执行远程操作后,首先由主线程将用户操作整理为事件,并将其推入事件队列缓冲区;通信线程则不断从事件队列缓冲区中取出事件并发送给音频设备,使其及时响应用户的操作。为使两个线程协调工作,必须保证二者对其共享资源-事件队列缓冲区-的互斥访问。我们设计了如图1所示的双线程协作流程。该流程综合了操作系统自身的线程互斥机制(临界变量)、Windows消息机制和全局变量,保证了主线程和通信线程对事件队列缓冲区的互斥访问。
如图1所示,主线程和通信线程协作流程如下:
(1) 上位机程序启动,主线程开辟事件队列缓冲区,初始化临界区和空事件队列标志,并创建、启动通信线程。
(2) 主线程采用Windows消息机制,一方面响应用户操作,将其转换为事件推入缓冲区,另一方面接收通信线程抛回的消息在界面上予以显示。
(3) 通信线程启动后,采用查询法循环查询空事件队列标志和串口数据位。一旦检测到事件队列非空,则逐个取出事件筛选后由串口发送到音频设备。同样,一旦检测到串口有数据要接收,则立即接收音频设备返回的数据,并将其整理抛回主线程。
2.3上位机与音频设备的通信方式
根据上位机和音频设备通信功能的不同,我们采用了两种不同的通信方式:交互式与实时监控式。表1对其区别进行了总结,如图2为其流程机理。
(1) 交互式
交互式通信用于将用户对音频设备的远程操纵命令发送到设备中。它由用户操作触发,由主线程整理为事件并推入队列,再由通信线程发送给音频设备。并且,为保证用户的操作被设备正确地执行,交互式通信采用重发机制。即通信线程将一直等待设备给出正确回复,若设备回复出错或者失去回复,则通信线程将重复发送命令,直到回复正确或超过最大出错次数。至此,一次交互式通信完成。
(2) 实时监控式
实时监控式通信用于将音频设备的实时工作状态及时反馈给上位机并显示给用户。这种通信不需要用户触发,也不形成事件,而是随着通信线程的启动而启动,并循环进行直至通信线程终止。另外,实时监控式通信不采用重发机制。实时监控式通信的一个典型应用是:上位机实时读取音频设备的音量电平并将其显示在界面上,便于用户了解设备工作状态。
3冗余命令剔除机制
3.1必要性
受硬件限制,上位机与音频设备之间的通信速度远远小于Windows消息机制响应前台用户操作的速度。故若用户对设备进行连续、快速的远程调节,主线程将快速地将多个事件推入事件队列。此时,若采用传统的事件队列先入先出方法,即通信线程逐一的取出事件发送给设备,那么由于通信速度远远小于事件进入队列的速度,事件队列中将积存越来越多的事件来不及发送或者滞后发送,成为“过时命令”。继续发送“过时命令”直接导致设备得不到用户最新的指令,响应严重滞后。
防止事件积存的一种方法是降低上位机事件入队的速度。即要求在一次通信过程结束后,主线程才释放资源,再次允许前台用户新的操作并将事件推入队列。这种方法虽然可以解决事件积存问题,保证了设备能够及时得到并响应用户的最新操作。但是,它却降低了上位机用户界面的响应速度,使得用户的操作不流畅,界面不友好。
为此,我们设计了一种冗余命令剔除机制,对用户的操作事件进行有效性筛选,实现既使设备及时响应用户最新操作,又维持了上位机界面对用户操作的快速响应,保证界面的友好性。
3.2冗余命令剔除原理
在将用户操作转换为事件的过程中,我们为每一个事件添加了四个标志:设备地址标志、窗口标志、控件ID标志和数据地址标志。并且,当用户对设备同一参数进行操作时,如持续调节音量,其形成的一系列事件的四个标志项均相同。根据这一特点,我们在通信线程发送事件前添加如图3所示的机制,剔除所有“过时命令”中的重复性命令——冗余命令,只将最新的和最有效的命令发送到设备中。
如图3所示,在一个新的通信周期中,通信线程一旦发现事件队列非空,将按照先入先出原理取出事件1和事件2,逐项比较二者的各项事件标志。若四个标志完全相同,则表明事件1、2对应的是用户连续的调节设备同一个参数的操作,二者所含命令相同且事件2中参数较新,故事件1被判定为无效的“过时”命令,予以剔除。若两件事件至少一项标志不同,则说明二者对应于用户的不同操作,所含命令不同,均为有效,需要一一发送给设备。如此直至事件队列为空。事件队列的最后一个事件是实时性最好的事件,默认有效,直接发送给设备。
由此可见,冗余命令剔除机制最大限度地节约了通信次数,保证设备对用户操作响应的实时性。
3.3冗余命令剔除机制效果分析
下面以连续调节设备的音量和延迟时间两种操作为例,详细说明冗余命令剔除机制及其优点,示意如图4所示。
在图4中,调节音量和调节延迟时间这两种用户操作分别对应不同的事件,故事件参数不同,分别为音量值和延时时间。这两个参数在系统软件的数据结构中有不同的相对地址。音量:由0dB(事件1)调节到30dB(事件10),延迟时间由10ms(事件11)调节到1000ms(事件15)。由图4可见,主线程将用户的每次操作事件都推入事件队列。当用户连续操作时,由于一次通信所需时间远大于用户一次操作的时间,所以在通信线程完成一次通信的过程中,大量的命令事件积存到队列中(事件1～事件15),等待发送。若采取传统的先入先出方式,音频设备至少需要处理15个命令才能将音量调节到30dB、延迟时间到1000ms,而其中有13个命令是无效的。而采用冗余命令剔除机制的过程如下:逐一对比各个事件,其中因事件10和事件11的相对地址标志不同,判定事件10为有效事件,发送至设备;事件15为队列中的最新事件,发送至设备;其他事件因为各项事件标志均相同,被判定为冗余命令并剔除,即设备只处理了两个命令即完成了用户的要求。
4程序实现
本文中音频设备的上位机控制系统采用VC2005开发环境,上位机和音频设备之间的通信串口采用RS485接口。
4.1上位机程序
(1) 主线程
(2) 通信线程
4.2音频设备程序
5实验测试结果
在测试过程中,我们采用的单片机(PIC24HJ256GP610)主频设定为40MHz,串口通信波特率为19200bit/s;每个事件平均有27bytes (deviceAddr为4bytes, wndHandle为4bytes, ctlID为4bytes, dataAddr为4bytes, Cmd为6bytes, 数据长度位1bytes, 发送数据包起始位2bytes, 校验位1bytes, 结束位1bytes), 即216bits需要传输给DSP。假定用户连续调节音量50次,操作间隔为0.005s,若采用传统方式则DSP需要50×216/19200=0.5625s才能接收到用户最后设定的音量参数, 即相对滞后0.5625-0.005×50=0.2125s;而采用冗余命令剔除机制后,只有最后一个命令被保留并发送,所需时间为216/19200=0.01125s, 即DSP滞后0.01125s即可按照用户最后设定的音量值进行信号处理并实时反馈给用户,以辅助其进一步调节,实时性提高0.2125/0.01125=18.8889倍(详见图5所示)。
由上述分析及数据对比可知,在音频设备的远程操作过程中,尤其是当用户连续快速地调节同一个参数时,冗余命令剔除机制可以大大减少不必要的通信次数,节省系统资源,最大限度的保证设备快速响应用户最新的指令,同时不干扰了上位机对用户操作的快速响应,维护了界面友好性。
6结语
本文开发设计了一种针对音频设备的上位机控制系统。该系统要求界面友好、操作简单、扩展性好、实时性好。为了保证上位机在快速响应前台用户操作的同时,能实现与设备的通信,我们引入Windows中的多线程技术。主线程负责响应用户操作和维护远程控制界面,通信线程负责与设备实现交互式和实时监控式通信。
同时,为了解决在用户连续快速的操作设备时,由于硬件通信速度限制而导致的设备滞后响应用户操作的问题,本文在引入多线程的基础上,设计了一种冗余命令剔除机制。该机制既不限制或干扰上位机控制系统对用户操作的消息响应速度,又保证了底层音频设备及时快速的得到用户的最新命令。它最大限度地减少了通信次数,减少了系统资源占用,提高了整个上位机-音频设备系统的实时性。
参考文献
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[4]景征骏,周军.基于多线程的集控式足球机器人上位机系统[J].计算机工程,20083,4(21):199-201,204.
[5]王险峰,刘宝宏.Windows环境下的多线程编程原理与应用[M].清华大学出版社,2002.
上位机控制系统 篇2
翻车机液压系统故障上位机界面诊断可行性分析
渤海湾众多煤炭港口翻卸设备所采用的液压系统都是同样的`样式,但是有着比较明显的问题:液压系统出现故障以后,需要对很多压力点进行压力测试才能大概判断出来什么位置的阀块出现问题,而且液压系统动作时候的压力值也不是很好观察,这就给维修人员的处理造成很大的难度.
作 者：仝照国 朱晓军 作者单位：秦皇岛港务集团有限公司 刊 名：中国港口 英文刊名：CHINA PORTS 年，卷(期)：2009 “”(5) 分类号：U6 关键词：上位机控制系统 篇3
关键词：可编程控制器（PLC） 工业以太网 继电器 上位机iFIX系统
0 引言
可编程序控制器（PLC）是一种能够适应多种工业环境的控制装置，其稳定的性能受到广大工业生产者的好评。这种控制系统具有极高的可靠性和灵活性。应用面广、功能强大、使用方便，是当代工业自动化的主要设备之一。变频技术的发展推动了PLC的应用，它应用大规模集成电路，微型機技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。PLC在工业水泵与上位机通讯系统的应用主要体现在它的开关量输出功能。
工厂的现状是上位机不能直接监视工业水泵的运行情况，给工厂的生产带来不便和安全生产带来不稳定因素。鉴于以上我们决定研发利用现有的网络构架实现工业水泵与上位机通讯。
1 提出各种方案并确定最佳方案
1.1 通讯方式分析
现有的主要几种工业控制通讯方式有“工业以太网”， “现场总线通讯”，“串口通讯”。通讯方式应具有的优点是数据传输及时、准确，不影响设备正常运行，经济性、实用性高。
以下是这3种通讯方式的分析表：
1.2 通讯方式的选择
根据我厂目前通讯方式为工业以太网（如下图），经过认真比较，利用现有通讯方式研制通讯系统为最佳选择。
以下是在工业以太网下的数据传输过程。
首先：设备终端（如：传感器、流量计接触器等设备的模拟量及开关量信号传输到PLC（可编程控制器）。
然后PLC通过交换机把数据传输到服务器上。
服务器将数据再传输到上位机，上位机iFIX系统直接精确地监视、控制生产过程（是全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件）。
2 具体方案分析、实施
2.1 需解决问题
在基于工业以太网通讯方式下，研制工业水泵与上位机通讯系统需解决以下三点问题：
问题一：工业水泵与PLC之间的通讯。
问题二：PLC信号识别及反馈。
问题三：上位机信号识别及状态显示。
2.1.1 问题一：工业水泵与PLC之间的通讯
解决方案：通过继电器传递通讯信号。
它的主要优点是：通讯方便，应用广泛，性价比高。它的主要缺点是：编制程序繁琐。经过讨论，可以解决各项编程问题。因此，决定采用此方案。
确定问题一的解决方案后，对几种备选继电器进行比较，由于“欧姆龙继电器”性能稳定，性价比高等。因此决定选择此品牌继电器。
2.1.2 问题二：PLC信号识别及反馈
解决方案：PLC程序编程。
2.1.3 问题三：上位机信号识别及状态显示
解决方案：上位机IFIX系统编程。
2.2 按解决方案实施
2.2.1 根据以上方案分析，我们制定了如下对策表：
2.2.2 按对策实施：
①对策一实施：继电器安装及接线。
②对策一实施：PLC DI模块接线。
③对策二实施：PLC程序编程。
我们在中控室电脑上用S7软件进行PLC程序编程。
④对策三实施：上位机IFIX系统编程。
我们在中控室上位机IFIX系统中根据点表确定数据源，进行程序编制。
3 通讯系统测试
3.1 网络硬件连接（工业水泵—继电器—PLC）
通过观察、测量硬件系统运行正常。
3.2 上位机显示正常，所编辑程序运行准确
我们通过跟踪观察，中控室上位机中，工业水泵运行状态的显示均正常。工业水泵与上位机通讯系统研制成功。
4 总结
4.1 经济效益分析
本次研制工业水泵与上位机通讯系统硬件投入费用：
继电器6个：每个继电器单价198元。共计1188元
连接线30米，价格103元，合计1188+103=1291元
4.2 间接效益
本次活动虽然没有直接的经济效益。但是，实现了中控工在中控室上位机上可随时监视到工业水泵的运行情况，消除了之前没有通讯系统时给车间生产带来的安全隐患。为保证车间安全生产起到了积极的作用。
我们将PLC控制柜接线图、工业水泵控制柜接线图归纳到CAD电子版图纸存档。将PLC控制程序、上位机IFIX系统程序备份到移动硬盘，并建立软件程序档案。供在今后的工作中使用。
参考文献：
[1]海心.西门子PLC开发入门与典型实例（修订版）.人民邮电出版社2010.8.
[2]iFix3.5中文使用手册.2008.
上位机控制系统 篇4
关键词：复合海缆,BOTDA,监测,模块化设计,多线程技术
0 引言
随着信息技术的不断发展, 光纤除担当通信任务外, 还可以用于温度、应力变化传感。利用复合海缆中富余光纤作为传感器, 借助布里渊光时域分析技术可以实现对复合海缆分布式、实时监测告警。本文简要介绍了复合海缆在线监测系统基本原理、系统结构及基本功能, 主要对系统上位机软件设计进行了研究。
1 复合海缆在线监测系统基本原理
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的, 以光波为载体, 光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。近年来, 光纤传感技术在高压电缆的分布式在线监测中得到广泛应用, 其中以基于拉曼散射的分布式光纤测温技术最为成熟。但由于这种技术散射光信号很弱, 测量精度受到限制, 难以满足长距离海缆监测要求。布里渊散射分布式光纤传感器是一种新型光纤传感器, 测量距离远, 可以实现长距离测量, 其中布里渊光时域分析技术BOTDA是其主流技术。由于BOTDA技术在温度、应变测量上达到的测量精度、测量范围以及空间分辨率均高于其他技术, 因此这种技术目前得到广泛关注与研究。
布里渊散射是光波和声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程, 布里渊频移νB与波长λ、声速νA和折射率n的关系式如下:
当环境温度变化或光纤产生形变时, 光纤中声速和光的折射率都会随之变化, 从而使布里渊频移发生变化。根据文献, 布里渊频移与环境温度、光纤应变存在线性关系[1,2], 如下所示:
式中:ΔνB (x) 为传感光纤x (离入射端面距离) 处布里渊光频移变化量;Δε (x) 为传感光纤x处的轴向应变变化量;ΔT (x) 为传感光纤x处的温度变化量;Cε、CT分别为传感光纤的布里渊频移应变和温度系数, 由光纤材质决定, 1 550 nm波长的入射光在普通单模光纤中的各个系数为:Cε=0.0493 MHz/με, CT=1.2 MHz/℃[3]。
布里渊散射频偏与其温度、应变成线性关系的这一特点, 恰好可以应用于海缆安全监测。
2 系统设计及实现
2.1 系统结构
系统由硬件设备的构建和软件系统组成, 如图1所示。硬件部分用于实现光纤温度、应变信息和海缆电源谐波信息的采集以及数据传输, 软件部分用于实现信息的接收、转换、显示、分析等数据处理和服务功能。
系统硬件包括两部分:BOTDA设备和谐波测试仪。前者通过与复合海缆中富余的两路光纤通路相连, 实时采集光纤温度和应变信息, 并按照自定义数据格式生成光纤数据, 这是实现监测的前提;后者接入平台电网, 实时监测电缆的电源谐波参数, 为上位机监测系统进行故障分析提供辅助参考。
系统软件包括两部分, 一是上位机监测系统软件的设计和实现, 另一部分是电子海图系统。上位机监测系统软件是本系统的核心部分, 也是本文研究的主要内容。电子海图系统是整个系统的一个辅助功能, 主要用于实现对海缆信息可视化显示。
2.2 上位机监测系统软件设计
1) 需求分析
(1) 数据获取通过以太网技术实时获取BOTDA和谐波测试仪采集的数据, 分别为光纤温度、应变信息和电源谐波信息。
(2) 光纤信息转换结合有限元分析得到的温度场建模, 实现对光纤信息到电缆信息的转换。
(3) 信息显示在人机界面上实时分布式显示电缆信息———电缆导体温度;以及实时显示电源谐波、电压等信息。
(4) 数据分析根据获取的光纤和谐波信息, 结合有限元分析得到的温度场建模、应力场建模结果, 通过信息处理技术对海缆的工作状态进行判断。
(5) 其他系统同时还需具备有完善的历史查询功能, 以及其他辅助功能:数据导出、打印等。
2) 功能模块设计
依据系统需求分析以及模块化设计思想, 为系统定义了7大主要功能模块, 即通信模块、数据操作模块、显示模块、报警处理模块、数据存储模块、历史查询模块和日志服务模块, 功能模块结构如图2所示。
(1) 通信模块通信模块是上位机获取和发布数据的唯一途径, 用于实现上位机与BOTDA设备、谐波测试仪和电子海图间信息交互, 内嵌有网络通信协议以满足通信要求。
(2) 数据操作模块数据操作模块是整个系统的重要部分, 主要包括两个内容:数据处理和数据分析。
数据处理是指对上位机接收的光纤温度信息根据有限元分析得到的温度场建模结果转换成电缆温度信息, 同时根据指定格式生成电缆温度文件传送给电子海图系统以实现海缆信息可视化显示。
数据分析是实现对海缆安全监测的核心环节, 根据预设的报警阈值分析、比对光纤原始数据和电源谐波参数, 查找引起电缆异常存在的隐患, 并为及时快速制定解决方案提供可靠的数据支持。
(3) 显示模块显示模块是实现人机信息交互的主要体现方式, 用户可以通过系统界面实时观测复合海缆沿线中电缆不同位置处温度信息的情况, 以及电缆的电源谐波参数情况。
(4) 报警处理模块报警处理模块是系统异常处理的一个重要方面。当海缆出现异常时, 该模块处理和发送报警信息, 进行声光、文字等形式的报警, 及时通知用户以便采用措施减少损失。
(5) 数据存储模块数据是整个系统的根本, 具有重要的保存价值, 可以为历史查询提供依据, 系统以40s为一个采集周期, 以特定文件格式定时保存光纤温度数据以供历史查询。当海缆出现异常时, 同样会以另一种文件格式保存异常信息以便日后查询。
(6) 历史查询模块历史查询模块系统可以方便用户查询某一日或连续几天的数据内容, 通过筛选机制得到需要的数据。系统对查询结果提供了打印和导出功能, 可以外接打印机打印或将数据导出到Excel表格中进行存储。
(7) 日志服务模块日志服务模块主要监测系统的运行状况, 及时记录各种操作和运行参数, 保障系统稳定运行。
3) 详细设计
(1) 开发环境从开发效率、稳定性、性价比等多方面考虑, 选用National Instruments公司推出的交互式C语言开发平台———Lab Windows/CVI。Lab Windows/CVI将功能强大、使用灵活的C语言与用于数据采集分析和现实的测控专业工具有机地结合起来, 其集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了C语言的功能, 为熟悉C语言的开发人员建立监测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统、虚拟仪器等提供了一个理想的软件开发环境。
(2) 关键技术—多线程技术在本监测系统中, BOTDA设备和谐波测试仪采集信号, 通过以太网传输到上位机, 上位机对这些接收到的数据进行处理并存储, 然后显示在用户界面中, 同时要对数据进行分析判断海缆是否异常, 并且还根据用户操作, 完成其他控制功能。若采用传统的单线程技术来编写上位机软件的话, 由于采集数据耗费很大的系统资源, 程序对界面上的其他控件反应迟钝, 会有很大的延迟, 甚至在传输数据量很大的时候, 根本就不会作出反应, 因而有时会导致系统死机, 严重影响监测操作。
因此, 针对系统的实时多任务特性, 在系统软件编写过程中, 采用Lab Windows/CVI的多线程技术。
多线程是指操作系统支持一个进程中执行多个线程的能力[4,5]。当一个线程等待用户响应或大量计算结果时, 另一个线程可以继续其他处理, 使得进程总处于运行态, 随时进行响应, 从而提高系统的响应效率, 提高对CPU的利用率, 加快程序的信息处理速度。
本系统主要包括光纤数据采集线程、电源谐波参数采集线程、数据分析线程、报警处理线程和用户界面线程等, 其中使用主线程创建、显示并运行用户界面, 用次线程创建其他线程。Lab Windows/CVI提供了两种在Lab Windows/CVI的次线程中运行代码的高级机制, 如表1所示。在本监测系统中, 使用了基于线程池的多线程技术。
在运用多线程的时候, 各个线程之间的数据保护也非常重要。通常, 多线程程序的数据保护是把操作系统的线程锁定对象和保存数据的变量联合起来[6]。Lab Windows/CVI提供了3种数据保护机制, 如表2所示。本系统主要运用了线程锁和线程安全队列这两种保护机制。
本系统的多线程工作流程如图3所示。
用户界面线程 (主线程) 由系统生成, 完成对用户的鼠标键盘操作的响应, 以及用户界面的生成显示与刷新等。除主线程外还创建了4个辅助线程, 为了使用Lab Windows/CVI的线程池在次线程中执行代码, 需要在主线程中调用Cmt Schedule ThreadPool Function函数创建次线程, 将需要在次线程中运行的函数名称传递进来。如在主线程中调度光纤数据采集线程函数代码如下:
Cmt Schedule Thread Pool Function (DEFAULT_THREAD_POOL_HAN-DLE, GXAcq Thread Function, NULL, &thread ID_duqu) ;//创建光纤数据采集线程
线程池将这个函数调度到某个线程中执行。根据配置情况和当前的状态, 线程池可能会创建新的线程来执行这个函数也可能使用已存在的空闲进程或者等待一个活跃的线程变为空闲后使用该线程执行[7]。传递DEFAULT_THREAD_POOL_HANDLE表示使用默认的线程池, 也可以调用Cmt New ThreadPool函数来创建自定义的线程池。需要注意的是使用完线程池后要调用Cmt Discard Thread Pool来释放由Cmt New Thread Pool函数创建的线程池资源;在主线程退出前调用Cmt Wait For ThreadPool Function Completion等待线程池结束释放系统资源。否则容易导致一些资源不能正常释放引起内存泄露或其他不可以预测后果[8]。
(1) 光纤数据采集线程
该线程主要负责光纤数据的采集, 即实现上位机与BOTDA设备通信接收光纤数据, 同时运用数据操作模块中的数据处理功能实现对光纤数据到电缆数据的转换并调用显示模块进行电缆信息显示及调用数据存储模块进行存储。以下给出该线程的程序流程图, 如图4所示。
(2) 谐波参数采集线程
该线程主要负责采集电源中谐波参数以及电流、电压信息, 及实现上位机与谐波测试仪通信。以下给出该线程的程序流程图, 如图5所示。
(3) 数据分析线程
该线程主要调用数据操作模块中的数据分析功能, 通过对光纤原始数据和谐波参数分析、比对从而对海缆的安全状态作出评价。光纤数据采集线程与数据分析线程之间的数据传递采用线程安全队列完成。而谐波参数线程与数据分析线程之间的数据传递采用线程锁完成。以下给出该线程的程序流程图, 如图6所示。
(4) 报警处理线程
该线程主要调用报警处理模块进行海缆异常处理。当海缆出现异常时通过数据分析线程触发该线程。以下给出该线程的程序流程图, 如图7所示。
4) 系统界面
系统操作界面如图8所示。
系统运行时界面如图9所示。
3 结语
运用上述思路设计的复合海缆在线监测系统上位机软件, 成功弥补了海底电缆分布式、实时监测的空白。将模块化设计思想和多线程技术运用于该软件设计, 不但提高了系统的扩展性, 而且也提高了系统的执行效率。该软件已成功应用于渤海采油平台, 能够很好地满足监测的要求。
参考文献
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上位机控制系统 篇5
摘 要：大亚湾核电基地历史上曾发生因一二回路功率变化导致GRE上位机的蒸汽流量限制起作用，汽轮机功率被套住无法进行改变的事件，针对这些事件的背景及原理进行分析，以寻求解决该问题的方案。
关键词：GRE上位机；蒸汽流量限制；压力模式；解套
中图分类号：TK262 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）24-0070-03
1 背景介绍
2012-4-10因为发生电网事故，岭澳核电站开启降负荷。降至约940 MW，因为“压力控制”未退出导致“压力控制-反应堆模式”生效，GRE上位机被套住，机组停止降功率，其后按解套预案，点动下位机降汽机功率，逐步降低压力值，解套后，GRE上位机将目标负荷设定为当前值，并通过G棒匹配功率和冷热，“压力控制-反应堆模式”生效及处理期间停留约5 min。
2002年5月10日00：59大亚湾1号主控突然出现一系列报警，高压缸四个调节阀开大，汽机高压缸入口压力上升为60.2巴，大于操纵员设定压力60巴，正常压力模式起作用导致高压缸调节阀不能自动关小所致。考虑到反应堆长时间处于超功率状态违反核安全要求，决定退出压力模式后降低反应堆功率。为防止退出压力模式瞬间功率波动，首先将G棒置手动，退出压力模式，降负荷至950 MW。
1999年9月26日，台风过后，机组从760 MW开始升功率，目标负荷设在800 MW，操纵员蒸汽流量限制为72%。当上位机显示蒸汽流量定值达到77%时，调节器上位机由自动负荷控制转为手动控制。操纵员发现情况后，重新设置操纵员蒸汽流量限制为80%，并切回到自动负荷控制，造成发电机功率陡升到800兆瓦引起5%功率阶跃，因G棒在堆顶，致使R棒提出，引起I右预警线报警，随后在自动方式下，机组稳定在800 MW。
2 知识点介绍
2.1 操纵员蒸汽需求限制原理
操纵员通过上位机对蒸汽需求量给出的限值。该值可以设定（通过上位机Steam Demand Limit按键），在开始升负荷以前应根据目标负荷设定合适的蒸汽流量限值以防升负荷过程中蒸汽流量限值起作作用。
当蒸汽流量限值起作用后，实际蒸汽流量不再上升，GRE就会马上由自动转到手动状态。、
操纵员可通过上位机对蒸汽需求量给出一个限值，可在-50%～105%之间。若不设置，默认为105%。机组稳态时，SD LIMIT设置比ACTUAL SD高13%。蒸汽需求限制原理图，如图1所示。
2.2 高压缸入口压力控制原理
压力控制模式与其说是一种控制功能不如说是一种保护功能，它的原理是在系统同期状态下（并网），采集压力信号与压力参考值比较，通过PI调節器产生压力限制，与操纵员蒸汽流量限制，超速限制，超加速限制一起（小选），产生蒸汽流量限制，将汽轮机高压缸进气压力控制在设定值上。目的是限制汽机进汽压力或限制汽机进汽压力的增长速率，防止一回路超功率。
压力控制两种模式：正常模式（Normal Mode ）和反应堆模式（Reator Mode）。 压力控制方框图，如图2所示。
正常模式（Normal Mode ）：正常模式的压力定值来源于系统的设定Pmax以及操纵员终端设定Operator Pressure reference，当高压缸入口压力上升超过设定值时，PI调节器计算产出与此压力相对应的蒸汽流量限值（小于105%SD），如果压力限制小于蒸汽需求指令则压力模式投入运行，阀门受压力控制产生的限值进行调节（入列，显示" HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”）。
在系统压力小于压力定值，压力控制计算的限值逐渐增长并大于蒸汽需求指令，高压缸入口压力控制解除，微型调节器恢复到高压缸入口压力控制投入以前的状态（手动或自动）（出列）。为避免PI调节器的积分作用使阀门过度关闭产生蒸汽锁效应，系统对压力模式设置了限制，由可调参数“Pressure Control M in SD Limit”进行限制（通过工程师终端设定），若低于该值，则输出“Pressure Control M in SD Limit”。同时为了避免频繁的出入列，软件上设置了死区，同时需要将压力参考值调大一些，以补偿设置死区而降低的出力。
反应堆模式：当反应堆功率小于96%Pn时，开关K1～K5的位置如图1所示。当反应堆功率上升到96%Pn时，核功率测量系统RPN向汽机调节系统发出一个逻辑信号，汽机调节系统即转为反应堆压力控制模式。该信号将开关K3置向右方，开关K2、K4闭合，并将与开关K4联动的开关K5置向下方。比较及存贮环节记忆并输出当时汽机进汽压力PR。PR经开关K3输至加法器。预先设置的汽机进汽允许压力Pmax（一般设置为105%SD）与PR的差值经开关K4输至开关K1。开关K1受上位机键盘上的压力释放按键控制。在操纵员按这个按键之前，K1是断开的，此时Pmax-PR不能输至加法器，加法器的输出仅为PR。低选门在操纵员设置的汽机进汽压力限值Pr2与PR值中选出一个最低值，汽机进汽压力与它比较。比例积分调节器维持汽机进汽压力不变，汽机功率及反应堆功率也维持不变。 反应堆模式生效逻辑图，如图3所示。
待反应堆功率稳定下来以后，操纵员可按“压力释放”键，使开关K1闭合。速率限值比较器的输出即以操纵员设置的很小的升压速率向终值（Pmax-PR）过渡。该输出通过开关K2加到加法器。加法器输出Pr1即从原来的PR逐渐增加，最终引起汽机进汽压力缓慢上升，汽机功率和反应堆功率也缓慢上升。这个压力上升速率可以用压力控制栏的速率键设定，最大值为0.003 Pmax/min。
通过先维持汽机进汽压力不变，再以缓慢速率上升的方法，防止了反应堆在接近满功率时产生超调。通过压力控制栏的参考值按键和数字键用人机对话方式设置压力限值Pr2，用投入键投入压力控制。当Pr1增加到Pmax后，比较器输出逻辑信号，使各开关恢复原位。 反应堆模式信号示意图，如图4所示。
图4中（a）是正常情况，反应堆功率超过96%后没有波动，持续保持96%以上，这种情况该信号存在10 s后消失。图（b）是另一种特殊情况，信号在96%附近波动时就会反复产生触发信号。由于RPN堆外中子测量的随机性会造成测量值在一个较小幅度频繁波动，且RPN424/448/460/472XU设计中没有回差，实际运行过程中也遇到过这种情况，当出现这种情况特别是反复出现间隔较短，这时会导致相当触发的信号一直不能消除，此时操纵员不能实施“释放”，不能“释放”意味着二回路功率不能升高，同样由于采用“堆跟机”的控制模式，反应堆功率也就不能上升，这就落入死循环，功率永远“稳定”在96%附近。这需要操纵员手动升降功率，尽快使反应堆触发信号消除，这样才能打破死循环。
出现图4中（b）情况下，则需手动退出反应堆模式。
3 模拟机操作
为了验证操纵员蒸汽需求限制、压力控制-正常模式、压力控制-反应堆模式三种蒸汽流量限制生效后对机组的影响及如何退出限制才能对机组的扰动最小，对此进行了探究。
3.1 操纵员蒸汽需求限制生效后的退出
操纵员蒸汽需求限制生效后，按照S程序或者瞬态干预导则方法可解除限制。解除后电功率无自动波动，但在解除过程中因G棒在手动位置，需关注一回路核热功率及冷热变化。
方法一：用下位机减小蒸汽流量设定值。
①将G棒放手动控制；
②调整目标负荷为实际负荷值；
③用数字键输入实际负荷值；
④触摸“ENTER”按钮；
⑤按下LOWER和PERMIT键使；
⑥SDSetPt与OpSDLim一致；
⑦选择自动负荷控制方式；
⑧提高OpSDLi 值。
方法二：增加操纵员蒸汽流量设定值。
①将G棒放手动控制；
②调整目标负荷为实际负荷值；
③用数字键输入实际负荷值；
④触摸“ENTER”按钮；
⑤触摸“RATE”按钮，并用数字；
⑥键输入负荷速率数值为0.5MW/Min；
⑦触摸“ENTER”按钮；
⑧选择自动负荷控制方式，若不成功，将操纵员蒸汽流量限制改大0.1（%），再投自动。重复该步，直到上位机在自动负荷控制下将蒸汽流量设定值降到实际负荷值；
⑨提高OpSDLim值。
3.2 高压缸入口压力模式
压力控制两种模式：正常模式（Normal Mode）和反应堆模式（Reator Mode）。
3.2.1 高压缸入口压力模式（正常模式）
我们试验了四种退出正常高压缸入口压力模式的方法。
①直接修改高压缸入口设定值REF。
把REF直接改為当前压力加上3bar，改完以后电功率将快速向load set point 变化，速率RATE不起作用，此时即使改变上位机target load ，load set point仍然保持不变，电功率直至达到load set point才开始以设定速率向target load变化。
所以直接改变REF会造成电功率的波动，波动的大小与压力模式中电功率的变化大小相关，压力模式中电功率变化越大，退出压力模式后电功率的瞬间变化也大。
②用下位机减负荷减小高压缸入口压力。
根据机组实际经验：利用下位机减电负荷从而使实际高压缸入口压力减小，当压力低于REF一定值后，高压缸入口压力模式可退出。
但是在模拟机的操作过程中，发现高压缸入口压力模式生效后，无法操作下位机来减负荷。此种方法验证失败。
③利用上位机直接退出高压缸入口压力模式。
在上位机上直接利用OUT退出高压缸入口压力模式时，上位机将直接转手动，电功率维持在波动的那一瞬间的电功率不再变化，波动小，退出之后可正常操作上位机升负荷。
需要注意的是若果上位机还没有显示“HP INLET PRESSURE CONTROL-NORMAL”，只是HPpressurelimit 开始下降时就退出高压缸入口压力模式，负荷将同直接修改REF一样，向load set point 变化，速率RATE不起作用，此时即使改变上位机target load ，load set point仍然保持不变，电功率直至达到load set point才开始以设定速率向target load变化。
④利用操纵员蒸汽需求限制。
在上位机上改变操纵员蒸汽需求限制至比Actual load小1%，这样操纵员蒸汽需求限制将生效，此时在将高压缸入口压力模式直接OUT，因为有SD的限制，电功率仍然处于SD限制的波动中。在高压缸入口压力模式退出以后，再利用操纵员蒸汽需求限制的解套方法将其解除。
这种方法解除限制之后电功率波动小，之后可在上位机上重新设置。
3.2.2 高压缸入口压力模式（反应堆模式）
对于高压缸入口压力模式（反应堆模式），我们实验了三种解套方法。
①直接退出。
直接退出反应堆模式与直接退出正常压力模式效果相似
波动也较小。
②用下位机降负荷。
与正常压力模式相同，在反应堆模式生效时，模拟机上也不利用下位机改变电负荷。
③利用操纵员蒸汽需求限制。
这种方法的效果与正常压力模式也相似，在实际机组上也应用过，对机组的影响较小。
4 模拟机操作小结
在验证操纵员蒸汽需求限制退出时，根据S*GRE程序或者瞬态导则即可。
在正常高压缸入口压力模式生效退出时，四种方法种直接退出法、利用操纵员蒸汽需求限制法解套之后的电功率波动较小，而直接修改REF退出之后电功率波动较大，利用下位机降负荷因为模拟机模拟失败，没有得到验证。需要特别注意的是，在正常高压缸入口压力模式刚开始降HP pressure limit时就采用直接退出法的话，电功率将有较大波动。
参考文献：
[1] 濮继龙.大亚湾核电站运行教程（上下）精装[M].北京：原子能出版社，
上位机控制系统 篇6
关键词：自动接线系统,XC351200E,实验系统,ADG1611
对单片机实验系统的基本需求是:在有限的IO接口上可以进行多个项目的实验。为了实现这个基本需求, 在进行多个不同项目实验时, 要对单片机各个IO口进行现场重接线。传统的单片机实验装置现场重接线方法有2类:一类是现场手工插拔自锁紧接插件;另一类是现场手工插拔积木式实验模块。这两类接线方式的实质都属于机械式金属接触。单片机实验系统经过较长时间的使用, 都难免会发生金属接触件之间的接触不良现象。特别是自锁紧接插件, 问题更为严重:即使线芯开路了, 从表面也难以通过肉眼发觉。导致实验成功率低下, 占用学生甚至指导老师的排故时间, 严重影响了实验效果。现代单片机实验或单片机开发都离不开上位机对软件的编译和程序的下载。在实验现场进行手工重接线时上位机处于空闲状态。利用上位机控制对实验现场进行自动重接线, 是该研发项目研究的重要内容。
1 项目研发思路概述
项目的研发思路见图1所示的流程图。首先从底层做起, 经过深入调研, 对自己要研制的项目进行定位, 根据各个学校提出的具体要求进行筛选, 制定出总共需要多少个实验项目[1], 并为各个实验项目设计出对应的实验电路图, 这些实验电路图作为项目研发的基础理论依据。根据这实验电路图研制实验系统硬件装置, 各个实验项目对应的元器件 (包含单片机) 布置在电路板的顶层, 控制现场自动重接线的电子式交叉开关电路所用到的元器件 (包含FPGA和专用模拟开关阵列ADG1161) 布置在电路板的底层。
上位机和实验系统通信采用USB连接, 共要传输两类数据, 实验项目编号和单片机实验的目标程序。上位机应用软件程序采用Visual C++编制, 应用程序将各个实验电路图与实验编号一一对应。当要做某个实验项目时, 可以启动该实验编号, 自动调出实验电路图, 将实验编号通过接口电路传送给实验系统的控制部分, 实验系统控制部分获得该实验编号后, 由FPGA内的51核[2]根据项目编号对应出电子式交叉开关的接通与断开, 实现现场自动重接线, 使实验系统满足实验电路图接线要求。
此时便可以在上位机上做编程实验, 由专门的编译系统 (如Keil u V4或IAR) 编译实验程序, 产生目标代码 (*.bin或*.hex) , 再由上位机通过所编制的应用程序将该目标代码传送给实验系统的单片机内ROM中保存。单片机复位后便开始运行该目标程序, 实现用户实验目的。
2 实验系统中的电子式交叉开关及其控制电路设计
项目研发的关键是具有能按照不同的实验电路指导现场自动重接线的装置。即实验系统的控制器按照上位机下达的实验项目号对应出实验电路, 控制交叉开关进行现场自动接线。实现该控制功能所需的主要控制器件为2种:一种是超大规模现场可编程的FPGA芯片;另一种是高性能的模拟开关阵列。通过对这两种器件的有机组合, 得到控制器电路结构框图如图2所示。
FPGA芯片采用赛灵思公司 (Xilinx, Inc.) 的Spartan-3E系列中XC3S1200E[3], 器件密度多于百万门, 该系列能方便实现微处理器、微控制器和数字信号处理器功能。支持的通用I/O种类多, 可通过串行 (SPI) 和并行闪存进行器件配置, 也可作为普通DDR存储接口, 这些特性减少了对其他分立器件的需求, 从而可大大简化应用系统的设计。低导通电阻模拟开关阵列ADG1611[4]由ADI公司开发销售, 为每片4个通道的模拟开关, 宽电压供电, 轨到轨输出, 其低到1Ω的导通电阻和大到每通道175 m A的连续电流非常适合于本研发项目的实际应用。
3 控制实验项目电路设计举例
LED发光二极管流水灯[5]和4×4矩阵键盘是单片机实验中最常用的两个实验实例, 这里给出该研发项目中关于这两个实验项目的切换的设计电路原理图, 见图3。
由图3可知, FPGA控制着两组ADG1611模拟开关阵列, 第一组连接LED流水灯;第二组连接矩阵键盘。当选择做LED流水灯实验时, FPGA控制第一组ADG1611模拟开关接通、第二组模拟开关断开;反之, 当选择做矩阵键盘实验时, FPGA控制第一组ADG1611模拟开关断开、第二组模拟开关接通。当要同时使用LED发光二极管和矩阵键盘实验时, 可以通过FPGA控制第三组 (或第若干组) 的ADG1611模拟开关阵列接通实验单片机别的IO口 (图中未画出) 。如何进行现场自动重接线, 完全由当前实验号所对应的实验电路图指导控制, 项目研发时已经充分加以考虑了。限于篇幅, 这里不具体赘述。
4 结语
经过20台 (套) 样机试制成功并付诸于实验时正常使用一个学期以来, 证明采用基于上位机控制自动接线单片机实验系统进行实验教学后, 由于由系统启动现场自动重接线, 节省了以往老师指导学生进行手工重接线时间, 克服了手工重接线容易接错或接触不良或线芯断线等导致的实验失败现象, 提高了实验效率, 使学生在有限的实验教学课时内学到更多的知识。
参考文献
[1]高玉萍.AT89S51单片机实验系统的开发与应用[J].现代电子技术, 2011, 34 (7) :102-105.
[2]雒雄.基于FPGA的MCS-51核的VHDL语言设计与实现[D].长沙:中南大学, 2007.
[3]闫君, 王旭柱.基于FPGA的实时数据采集与处理系统[J].中国新技术新产品, 2010 (3) :9-11.
[4]王永明.高精度仪表放大器AD8221增益控制的设计[J].工程与试验, 2012, 52 (4) :23-25.
[5]陈京培.AT89S52单片机实验系统的开发与应用[D].无锡:江南大学, 2007.
上位机控制系统 篇7
安全回路是矿井提升系统的生命线, 其是否完善、灵敏、可靠, 对于提升系统的正常运行, 尤其是乘罐人员的生命安全起着至关重要的作用。鉴于提升人员系统事故会对矿井造成颠覆性影响, 淮南矿业 (集团) 有限责任公司制定了《关于进一步加强提升人员系统管理的规定》, 其中第11条明确要求:各种安全保护必须齐全可靠。
笔者以现场为基础, 通过对主控Allen-BradleyPLC编程软件RSLogix5000[1-2]、传动控制系统INGESYS IC3编程软件Codesys以及上位机监控软件RSView32[3]的深入分析, 对副井提升系统安全回路硬件进行了优化整改, 并成功将安全回路引入上位机。通过友好的人机界面迅速定位安全回路各节点的实时状态, 直观而鲜明, 同时完善了主控、传动及闸控与上位机的通信, 增加并调整了故障代码及故障显示, 方便检修人员及时掌握提升系统状况。检修人员通过比照现场与上位机界面, 可方便地实现软硬件互查, 在很大程度上提高了检修质量, 缩短了故障排查时间。
1 安全回路硬件改造
副井提升系统安全回路采用硬件继电安全回路与主控PLC软件安全回路并行的双线制冗余结构。基本的继电安全回路串联了提升系统最重要的几个保护:下井口紧停、上井口紧停、车房紧停、高压开关合、变压器过温、电动机过温、闸系统紧停、传动系统正常、PLC安全回路、简易运行、启/停正常 (松闸/紧闸) 、快开、过卷、复位、过卷复位、安全回路总继电器。
针对现有安全回路的不足进行了优化整改, 改进了过卷保护试验方式, 将闸系统紧停信号引入主控PLC数字量输入 (Digital Input, DI) 模块。
1.1 过卷信号调整
设计副井提升系统时, 在井口过卷开关下方增加了1个停车点井筒开关, 作为下层罐笼的自动停车点, 称之为“停车点2”。从实际提升效果来看, “停车点2”的存在等于又增加了一道罐笼位置保护, 但对过卷试验的进行却带来很大不便。在“提物”模式下, 罐笼到达“停车点2”位置时会自动停车, 此后即使发慢点信号进行调罐, 也无法继续上提或下放。
以前, 过卷试验通常采取以下2种方法:
(1) 软件屏蔽“停车点2”, 即在传动Codesys和主控RSLogix5000中同时进行屏蔽, 使“提物”模式下罐笼位置可以到达硬件过卷点。但该方法技术要求高, 操作繁琐, 不易被现场人员所掌握, 而且极易由于误操作造成程序错误下载, 甚至引发提升事故;在程序修改后下载到CPU的过程中, 提升系统不能进行任何操作。
(2) 硬件屏蔽“停车点2”, 即在车房电控室的继电柜里, 将“停车点2”继电器的+110V电源线从端子排断开, 使继电器不动作。但过于频繁地松、紧端子, 显然也是不可取的。
笔者利用司机操作台上的2个备用切换开关分别控制罐笼1及罐笼2的“停车点2”继电器, 当切换开关选择“工作”模式时, “停车点2”继电器正常投入;切换至“试验”模式时, “停车点2”继电器被断开, 此时可在“提物”模式下试验过卷。该方法十分简单、快捷, 极大方便了每班过卷试验的进行。
1.2 闸系统紧停信号引入
闸系统紧停信号由ABB闸控柜的X50.X2-121、X50.X2-124端子直接串入安全回路, 与继电柜X4-9、X4-10端子相连。当出现闸系统紧停故障如闸偏摆、闸间隙故障、油温跳闸故障、紧停按钮动作等导致闸控安全回路断开时, ABB闸控柜会发出紧停信号, X50.X2-121、X50.X2-124输出低电平, 从而断开安全回路。
由于副井ABB闸控只与操作台西门子触摸屏通信, 当闸控安全回路断开时, 上位机仅显示“紧急停车”, 报警记录里也没有任何与闸控相关的信息, 这对于排查故障很不利, 故将闸系统紧停信号引入安全回路显得十分必要。具体实现方法:取闸控安全回路继电器+B101.83的常开触点, 将信号引入主控PLC的备用DI点Local:5:I.Data.28, 在RSLogix5000中对该点进行定义 (图1) , 同时将闸系统紧停信号并入PLC安全回路。最后与上位机RSView32通信, 在PLC安全回路与本次优化改造的安全回路界面 (图2) 中实现人机对话, 同步增加了闸系统紧停的报警信息。
2 安全回路的上位机组态实现
RSView32是一款高度集成、基于组件并用于监视和控制自动化设备的人机界面监控软件。笔者创新性地将安全回路各节点状态信号引入RSView32, 经过多次调试, 成功将安全回路图形化, 并与原上位机组态风格统一, 完美嵌入, 达到友好的人机交互。将“安全回路”功能按钮嵌入至主监控画面中, 如图3所示, 点击按钮即可进入安全回路界面。
在安全回路界面中特别设计了“PLC安全回路”按钮, 点击可直接进入“紧急停车”界面, 极大方便了故障排查。
按下操作台“闸系统紧停”按钮模拟闸系统紧停故障, 当出现“闸系统紧停”故障时, 闸控安全回路断开、IC3_OK (传动系统正常) 信号输出为低电平、安全回路总继电器失电, 其常开辅助触点K1M断开, 从而提升系统安全回路断开, 同时PLC安全回路同步作用断开, 在显示界面中都以醒目的红色状态警示。
此次安全回路优化改造将一些重要的传动系统信号, 如IC3_OK、简易运行、松闸/紧闸、行程偏差大等利用INGESYS IC3编程软件Codesys传入主控PLC, 然后利用RS485接口与上位机实现通信。其中, IC3_OK对应传动控制系统INGESYS IC3数字量输出模块IC3331的输出信号C30_SysOK;简易运行对应IC3331的输出信号SimRunO;启/停正常 (松闸/紧闸) 对应IC3331 的输出信号OpenBrake;行程偏差大对应传动程序中的DepthBias_Alarm。
3 其他重要创新改造
通过日常工作中现场检修人员反映的一些问题, 针对上位机的不足进行了优化。
3.1 复位显示
在日常提升及检修过程中, 常会出现无法复位的问题, 导致故障状态位不能清零。如果不及时查明原因, 将会影响提升系统正常运行, 造成生产停滞的不良后果。
复位脉冲无法使能常见于3种原因:① 司机台速度手柄不在零位;② 复位继电器不动作;③ 复位按钮失灵。检修人员提出可不可以找到一种方法, 在按下复位按钮的同时, 能够确定系统是否产生了复位脉冲。
笔者已在上位机实现了 “复位显示”功能 (图3) , 当按下复位按钮, 如果系统产生了有效的复位脉冲, “复位显示”将变成红色, 当复位脉冲解除或没有产生复位脉冲时, “复位显示”为灰色。
3.2 行程偏差大信号引入
在检修过程中, 有时需要在井口附近来回溜车, 如对主提升钢丝绳液压自动平衡悬挂装置进行打压后的试车。此时罐笼不经过同步校正点, 这就造成传动与主控PLC的行程差绝对值越来越大, 如果超过设定阈值, 就会造成事故停车。同样, 在正常提升过程中, 由于光电编码器的计数误差, 也会导致行程差超过阈值。但当此类故障出现时, 上位机却没有任何报警显示, 这给故障查找带来盲目性, 严重影响检修效率。
针对检修人员对此类问题反映较多, 笔者将行程偏差大信号引入主控PLC, 加入到“传动故障”显示中, 在RSLogix5000 中进行了定义, 其地址为Local:3:I.Data[35].12 (图4) 。当主控PLC与传动IC3行程差的绝对值超过阈值 (目前设定为5m) 时, 上位机以红色报警显示, 报警记录里会同时出现“行程偏差大”的信息。
4 结语
通过对安全回路及上位机的优化改造, 大幅提高了检修质量, 极大方便了故障排查、软硬件互查。目前, 该优化改造已在张集煤矿中央区副井的单罐、双罐操作室投入使用, 强化了提升系统的安全保障, 取得了很好的效果。
参考文献
[1]邓李.ControlLogix系统实用手册[M].北京:机械工业出版社, 2008.
[2]Rockwell Automation.Logix5000TM控制器通用编程手册[EB/OL].[2012-05-06].http://www.docin.com/p-149208403.html.
上位机控制系统 篇8
本文设计了一款微操作机器人系统的上位机软件, 提供了友好的图形化人机界面, 很大程度上方便了实验人员控制操作工具对细胞进行操作。软件实时显示微操作装置的状态和控制器内部的重要系统参数, 操作人员可以通过设定控制器的系统参数, 优化对微操作装置的控制。
1 微操作机器人系统
微操作机器人系统由上位机软件、控制器、微操作装置和手柄四部分组成, 系统结构如图1所示。
1.1 上位机
上位机一方面提供友好的图形化人机交互界面, 使实验人员方便地控制操作工具对细胞进行操作;另一方面, 将操作目标的位置等状态实时反馈给实验操作人员, 此外, 提供系统维护, 如日志管理、操作人员管理等功能。
1.2 控制器
控制器是整个微操作机器人系统的枢纽, 是架起上位机软件和微操作装置的中间环节。它负责与上位机和手柄通信, 接收通信指令, 对平台和微操作装置进行统一控制。控制器与上位机之间采用USB转串口的双向通信, 与手柄之间采用RS-485的半双工通信。控制器采用FPGA+MCU的架构, FPGA主要用于产生微操作装置的三路驱动信号, 使得XYZ轴实现精确的联动控制;MCU主要功能为通讯及关键数据存储。
1.3 微操作装置
由操作工具 (微针) 和微操作平台组成。控制器驱动步进电机, 带动微操作平台完成操作工具的控制。微操作平台由3自由度精密移动平台构成, 可分别沿X轴、Y轴、Z轴和虚拟轴运动。
1.4 手柄
手柄是传统的细胞实验人员手动控制操作工具方式, 是微操作机器人系统的辅助控制手段。
2 上位机软件总体方案设计
2.1 软件功能模块划分
根据上位机需要实现的任务, 软件从功能上可以划分成5个模块:人机交互模块、底层通讯模块、运动控制模块、异常处理模块和系统维护模块。软件结构如图2所示。
人机交互模块一方面将操作人员的操作输入转换为命令码传递给运动控制模块, 另一方面, 将实时反馈系统信息给操作人员。运动控制模块接收人机交互模块输出的命令码, 转换为微操作装置的诸如坐标、位置、速度等控制量, 并传递给底层通讯模块。底层通讯模块主要负责和控制器串口通讯, 下发通讯指令到控制器, 接收控制器上传的系统参数、状态等数据, 提交给人机交互模块。异常处理模块为软件提供了异常处理机制, 系统维护模块主要负责软件的日志和操作人员的管理。本文主要介绍底层通讯模块和人机交互模块的设计和实现。
2.2 软件开发环境
软件是基于MFC[3] (Microsoft Foundation Cass) 开发平台利用C++语言编写的应用程序。微软公司提供的MFC基本类库, 是进行可视化编程时使用最为流行的一个类库。MFC封装了大部分Windows API函数和Windows控件, 使得程序的开发变得简单, 极大的缩短了程序的开发周期。
3 底层通讯模块的设计与实现
3.1 通讯协议的设计
3.1.1 通讯方式
为保证数据传输的准确性, 通信方式采用主从问答式, 即上位机每发一条通讯指令, 等到控制器的回复后才继续发送下一条通讯指令。
3.1.2 通讯命令
上位机下传给控制器的通讯命令主要分为4种, 每种通讯命令包括多条通讯指令。其中, 控制器参数设置命令和运动控制命令的指令占大部分。
1) 控制器参数设置命令:操作人员可以通过下发这类命令, 调整控制器的系统参数值;
2) 运动控制命令:微操作装置的运动可以分为点对点动和连动。点对点动是指控制机械手在三维空间中的某两个点间运动;连动是指控制机械手按照一定的速度沿着某一方向运动;
3) 状态查询命令:状态查询命令包括位置查询、虚拟角查询、控制器系统参数查询等;
4) 版本问询命令:软件初始化时, 向可用端口发送握手命令, 收到控制器的回复帧并匹配后, 通讯建立成功。
3.1.3 通讯协议
由于上位机和控制器之间频繁进行数据传输, 必须制定完善的通讯协议, 才能保证系统运行的稳定性。
上位机下发命令的数据格式为:命令码-数据-结束码, 命令码用来区分不同的通讯指令, 控制器根据解析出的命令码执行相应的操作。因为上下位机的通讯方式是主从问答式, 上位机下发指令后, 可以预知控制器回复数据的格式, 所以下位机上传的数据格式可以简单设计为数据-结束码。
以上位机下发连动控制指令为例说明通讯指令的设计。连动控制指令用于控制机械手沿X轴、Y轴和Z轴运动设定的距离, 下发的通讯指令格式为“VJ Data A Data B Data C
3.2 通信模块软件的设计
3.2.1 串口通信
3.2.1. 1 RS-232通信方式
软件采用MSComm控件实现串口数据收发。MSComm串口控件屏蔽了通信过程中的底层操作, 用户只需通过设置并监视其属性和事件, 即可完成串口编程, 实现与被控制对象的串行通信、数据交换, 并监视或响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件[5]。
3.2.1. 2 软件自动查找串口
为了简化操作, 使软件更加人性化, 软件初始化时自动查找对应的串口。采用的解决方法是:软件初始化时, 依次向电脑上的可用串口发送握手命令, 如果某个可用端口有数据回复, 表示是匹配的串口。
3.2.2 发送指令线程
3.2.2. 1 发送函数
基于主从问答通信方式, 发送函数将指令通过MSComm控件发出后, 开启消息循环, 直到串口接收到完整的一帧数据, 或者到了超时定时器设定的时间仍等不到控制器的回复, 发送函数退出消息循环。循环等待回复帧时, 为了使其他的Windows消息能够得到响应, 避免消息堵塞, 可以通过以下的代码实现。
3.2.2. 2 指令队列
因为有多条查询指令需要定时下发, 程序开启了多个定时器。极有可能在某个时刻有两个以上的定时器同时调用发送函数。针对这个问题, 软件的解决方法是定义一个全局指令队列, 允许快速插入和删除。需要下发指令时, 将指令插入指令队列的尾部即可, 并且先插入指令队列的指令先通过串口发送出去。同时使用独立的单线程处理指令队列中的指令, 串口通信建立后, 启动发送指令线程, 等到串口收到完整的回复帧后, 线程休眠一定时间, 继续处理下一条指令。
向指令队列插指令时, 对于一些优先级高、比较重要的指令, 例如停止微操作装置运动指令, 可以插入指令队列的头部。由于向指令队列插入指令和清除队列头部的指令都需要访问指令队列, 有可能会有访问冲突的问题。解决方法是采用访问锁死, 一方在访问缓冲区的时候, 另一方的访问请求被搁置, 直至那方访问结束。
3.2.4 通信数据处理
通信数据的处理涉及串口接收函数和数据处理函数。串口接收控制器上传的数据, 数据处理函数负责解析和存储接收的数据。函数调用是同步阻塞的, 所以使用独立的单线程处理缓冲区中的数据以提高效率。
串口接收函数将接收到的数据加入缓冲区, 数据处理函数从缓冲区提取数据, 根据当前指令标志变量的值, 对数据进行下一步的解析和存储。这里同样需要注意缓冲区访问冲突的问题。本文提出的解决方法是:对于发送指令线程, 发送完一条指令后, 休眠很短的时间, 再发送下一条指令。当缓冲区为空时, 数据处理线程进入阻塞状态, 当串口接收函数收到完整的一帧数据, 向该线程发送解除阻塞的信号, 启动正常的数据处理流程, 如此往复。发送指令线程和数据处理线程如图3所示。
4 人机交互模块的设计与实现
本文以虚拟杆对话框为例, 说明人机交互模块的设计和实现。操作人员在虚拟杆对话框中操作, 运动控制模块将相应的运动方向和速度控制量提交给底层通信模块, 控制器根据收到的控制量控制微操作装置的运动。
4.1 虚拟杆功能
虚拟杆对话框界面如图4所示。左侧虚拟杆可以沿各个方向拖动, 控制微操作装置在XY平面上运动;右侧虚拟杆可以上下拖动, 控制沿Z轴的运动。虚拟杆顶部圆圈距离矩形框中心的远近决定微操作装置运动速度的大小。X1, X10, X100是三个速度档位, 拖动虚拟杆到同样的位置, X1表示最小速度, X10表示是X1的10倍, X100表示是X1的100倍。
4.2 虚拟杆界面实现
为了实现鼠标拖动虚拟杆效果, 需要在On Paint函数中重绘界面。由于在显示上设备绘制不同的图形存在时间差, 重绘时界面会有闪烁, 本文采用了双缓冲技术。即重绘界面时, 先在与矩形框一样大小的内存中分别绘制圆圈和连杆, 再将内存上的图形一次性拷贝到显示屏幕的裁剪区域上。连杆的绘制是个难点, 本文简要介绍连杆的绘制方法。
以两个圆的圆心连线为对称轴, 在对称轴的两侧绘制密集的连线, 连线互相重合, 实现阴影效果。图5中, α角可由两个圆的圆心坐标计算得到, β=10°, γ=25°。A、B、C、D四点是连杆的边界和两个圆的交界点。绘制步骤如下所示:
步骤1:判断两圆的圆心间距离是否大于两圆的半径和, 大于则绘制连杆, 否则不绘制。
步骤2:通过两圆圆心坐标计算圆心连线和水平方向的夹角α;
步骤3:通过判断操作人员向左还是向右拖动连杆, 并结合夹角α、β和γ, 分别计算A、B、C、D四点的坐标;
步骤4:以AC和BD为边界, β以4°递增 (γ以10°递增) 绘制连接线, 连线的宽度设置为5, 连线互相重合以达到黑色阴影的效果。
5 软件运行结果
上位机软件安装在PC机上, PC机通过USB串口转换器与控制器相连。上位机主界面如图6所示。运行上位机, 波特率设为9600bps, 界面实时显示微操作装置的XYZ坐标位置、XZ轴夹角A和控制器内部的重要参数, 并配置了位置清零、运动控制、虚拟杆操作等功能。菜单中“配置”功能帮助验证上位机和操作器的是否正确连接;“操作手”是设置微操作器的位置显示精度、记录轨迹信息等;“虚拟角”功能通过在虚拟角对话框中拉动虚拟杆, 控制微操作装置沿一定角度运动。“速度”则包括一系列对最大速度、加速度等的设置功能。对软件的各项功能进行测试, 实验结果表明, 软件运行稳定可靠, 可较好地应用于微操作机器人系统中。
6 结束语
本文设计了一款微操作机器人系统的上位机软件, USB串口转换器与控制器通信, 提供了友好的用户界面, 用于控制微操作装置的运动。对底层通讯模块和人机交互模块的设计与实现做了详细说明。本软件及微操作机器人整体系统, 不仅可以提高从事细胞操作的科研人员的工作效率, 同时有助于减少实验失败机会, 具有很高的实用价值。
摘要：由生物医学与微操作机器人结合产生的生物微操作机器人已成为工程技术领域的关键技术。本文基于MFC开发平台, 采用RS-232通讯方式设计了一款微操作机器人系统的上位机软件, 提供友好的图形化界面, 方便了实验人员控制操作工具对细胞进行操作。测试结果表明, 软件运行良好, 可较好地应用于生物微操作机器人系统。
关键词：机器人控制,上位机,控制器,串口通信
参考文献
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上位机控制系统 篇9
随着科学、经济以及社会的迅猛发展,城市建筑逐步呈现高层、大型和复杂的趋势,人口密集程度越来越高,与此同时建筑功能越来越多,火灾事故频繁发生。发生火灾时,如果市电被切断,没有应急照明灯和疏散指示标志灯, 被困人员因为找不到安全的逃生出口,容易发生严重的碰撞、摔倒甚至伤亡等,特别是当大型建筑物、电影院、大剧院等发生火灾时,往往会因为人流大而发生严重的拥挤, 更容易发生严重的意外事故［１］。
目前普遍使用的消防应急照明、疏散指示系统虽然能与火灾报警系统联动,但是一旦火灾发生,无法反馈各出口准确的火情信息,无法使人们作出正确的选择,丧失宝贵的逃生时机而造成严重的伤亡;另外,独立型消防应急与疏散指示系统不能像消防报警系统那样24小时昼夜对消防灯具进行巡检,这就有可能造成消防灯具因损坏或其它原因不能正常启动时,导致火灾中伤亡人员的增加［２］。 所以,改变目前的消防安保现状,降低火灾逃生中的伤亡率,保护公共安全是亟待解决的问题。因此,开发新型的智能消防应急与疏散指示系统具有重要的现实意义。
本文智能疏散指示系统针对以往疏散系统的不足而作出改进。它根据准确的火灾发生地点,设计出口语音、 疏散照明和双向可调、地面或墙面导向光流,可及时、迅速、精确地引导人流疏散到避开火源的安全出口,将传统的就近疏散方式优化成“远离火源、就近疏散”的疏散方式,极大地减少疏散时间,避免盲目逃生［３］。
1系统结构与功能
消防疏散系统结合计算机与现代通讯技术,将建筑中的应急灯具和其它设备接入一个统一的通讯平台。消防应急与疏散指示系统主要有5个部分组成:主机、消防主机、消防应急灯具专用应急电源、分配电装置、手动应急盘。具体见图1所示。
发生火灾时,主机收到与消防主机连接的火灾探测器探测到的信息,由疏散系统中的MapInfo立即生成最优化的疏散逃生路线,并且快速打开该线路上的消防应急灯, 顺着疏散线路向安全出口的方向依次发出闪光,形成指示,使被困人员能够清楚看到指引,从而顺利逃生。
1.1疏散灯具实时检测
系统内各节点都具有自己的地址编码,系统对节点所有应急指示灯具和照明灯具进行24小时无间断巡检。当主机同应急灯的通讯中断或应急灯具损坏时,主机会及时发出故障报警,并在屏幕上显示出发生故障的位置,保障设备正常工作。
1.2火灾报警及时响应
当火灾探测器报警后,主机通过RS232接口接收消防系统的火警数据,并通过协议解析模块对火警数据进行分析、解码,获取准确的火警信息。然后通过消防联动装置控制相应的消防应急灯切到应急工作状态,同时发出火灾报警信号,响应时间一般不超过60s［４］。
1.3智能疏散
疏散时,系统与消防火灾报警器联动,迅速捕获火源的坐标,确定火情范围。系统依照火灾报警器的信息,结合应急疏散灯具与安全出口的地址编码,自动生成最优疏散方案,应急灯随之立即开启频闪及语音提示功能,打开指向安全地带或安全通道的指示灯,并且打开应急照明灯,使被困人员快速逃离火灾区域,远离火点。当主机联动设置状态为手动时,需要管理人员进行操作,通过手动控制应急疏散灯具及时疏导人流。
2系统软件模块设计
疏散系统上位机软件设计部分主要由编辑软件和管理软件两大块组成。编辑软件由预案编辑和图形编辑模块两部分构成;管理软件由通讯与管理模块构成。具体如图2所示。
2.1编辑软件设计
建立完整的疏散系统需清楚掌握楼宇完整的建筑图层,将整个建筑的平面图层放在管理软件中,另外还得对建筑物中的火灾报警器和消防应急灯具等设备编辑在相应的图层中,便于工作人员掌握各图层设备的情况、对灯具进行检查和维修。智能消防疏散系统的编辑软件模块如图3所示,主要有图层编辑模块和预案编辑模块。其中,编辑软件图层编辑模块主要有3个功能:图层操作、比例设置和设备管理。
(1)图层操作包括增加、删除、修改、放大、缩小、移动和还原6个基本功能。这些是针对楼层图形而进行的操作,便于工作人员快速查看图层。
(2)比例设置功能实现设备图标最大化与图层比例设置。当图层放大时,设备图标放大到合适的比例后就不再放大,但图层仍然可以放大。
(3)设备管理是整个消防疏散系统编辑软件的重要部分,设备管理涵盖了对图层设备的相关操作,可增加设备及其名称、位置、坐标等基本信息。对图层中的灯具进行操作是设备管理的主要功能之一,包括对设备的添加、删除、选择、移动等,具体如图3所示。
(4)应急预案是在在无火警源的情况下,根据不同需求而设置的通行指示方案。应急预案编辑功能,以图形和代码两种方式来编辑应急预案具体信息。
(5)疏散预案是根据不同的火警源而设置的逃生疏散指示方案。
2.2管理软件设计
管理软件的作用是实现对消防设备的操作控制, 由通讯模块和管理模块组成。 通讯模块的功能是采集警情信息与设备信息,传达设备操作与控制命令;管理模块的功能是设置系统基本信息、发出设备操控命令, 如图4所示。
2.2.1通讯模块
主机与应急电源、分配电装置、回路、打印机、火警和其它主机之间的串口通信基于RS232和RS232-485通信模式,框架如图5所示。
(1)回路通信。管理软件和各个回路中的设备通信由相应的协议来规范,收发协议机制如下:1命名和编址。 各节点具有自身的地址,范围从1~86,共86个。回路地址:1~80;指示灯盘:81;预案模拟盘82、83、84、85;每个回路疏散灯节点的地址及电源监测模块的节点地址均不相同;控制器主机的节点地址也不同,与回路节点地址采用不同的序列;2数据帧。采用波特率9600BPS;数据帧格式:1位起始位,8位数据位,MARK/SPACE位和1位停止位;通讯格式为:回路地址(1Byte)+同步码(2Byte, 0xaa,0x55)+数据长度(1 Word,高位在前,低位在后)+ 命令码(1Byte)+数据1(1Byte)+……+数据n(1Byte) +校验和。
当疏散系统管理软件正常启动时,主机与回路之间的通信主要是与应急电源、分配电装置、灯具进行通讯,加载回路初始动作,巡检回路,查询回路动作,查询回路应急电源等,采集这些设备的运行状态及故障信息,并为用户提供设备状态信息查询,查询过程如图6所示。实时巡检回路信息,如果查到灯具的应急、故障与屏蔽等动作信息,主机就会查找相对应的信息,如果回路没有动作出现,表示正常运行,主机会主动查找下一个回路信息,完成所有回路巡检后从第一个回路再次开始巡检,循环进行,主机对回路的巡检一直进行。
主机与回路的通信还有对回路的注册、实现回路的月检与年检、回路复位、对回路安全出口的消音解除等,回路注册过程［５］如图7所示。
当主机向下位机发送注册命令时,会向回路发送注册命令并等待回路注册响应,如没有响应就会重新发送,当回路注册结束后,会再注册一次,注册完成后主机会向回路发出一个命令来查询回路设备注册结果。
(2)火灾报警器通信。火灾探测器与主机的连接方式如图8所示。火灾探测器将火警信号传给主机,然后主机将接收到的信号发送给能正常通信的从机。当主机接收到火灾信号后,会根据系统软件设置,判断是否需要对该信号进行处理。此过程主要是判断此火灾信号的地址是不是在该主机所控制的区域。若不是就排除掉;若是,控制器就会启动火警应急,系统进入应急工作状态,主机将通过网络通信接收从机的应急状态,会对火警采取同样的动作,同时显示从机发送过来的火警应急信息,便于工作人员了解警情。流程图如图9所示。
2.2.2管理模块设计
管理模块软件界面如图10所示。
管理模块软件操作界面由4个组成部分:1由系统管理、信息浏览和注册组成的软件菜单按钮;2由复位、自检、图层浏览、消音、回路消音和退出组成的工具按钮;3系统运行的状态指示灯部分;4右侧的信息提示区域。
(1)信息浏览菜单。在信息浏览菜单功能有:当前事件(火警、故障、预案、屏蔽)、历史记录和本机信息浏览等。
(2)系统管理菜单。系统管理菜单有屏蔽设置、系统设置、消防应急电源及分配电装置设置。通过系统设置设置整个系统的基本信息,包含串口设置、公司名称、密码、 本机ID等,屏蔽设置是对回路中灯具与回路进行手动屏蔽设置［５］。消防应急电源与分配电装置设置是对应急电源、分配电地址及安装状态修改的设置。
(3)注册菜单。注册菜单包括:全部注册、网络注册、 单回路注册和强制注册4个注册功能。全部注册是对主机连接的所有回路(部件)、消防应急电源装置、分配电装置的注册;单回路注册是对与主机相连的单个回路(部件) 的注册;强制注册是对回路中没有注册的灯具进行单个注册;网络注册是对整个局域网的主机和从机控制器的在线状态进行统一的描述,方便管理人员查看。
3结语
上位机控制系统 篇10
矿井提升机是煤矿安全生产的重要设备,对煤矿的生产、运输起着重要作用,因此,安全、可靠、灵活的提升机控制系统显得至关重要。为了更直观的反映提升机系统运行过程状态变化,以及报警故障更直接的显示、反映问题,提升机控制系统引入了上位机系统做监控使用,保障安全生产过程实时显示。
1 上位机的结构和功能
上位机系统的由工控机、UPS电源及通讯模块等硬件部分和组态软件等软件部分共同组成。提升机电控系统的上位机除了直观的显示提升机的运行状态和故障记录功能以外,还要有常用的参数设定功能。
操作人员通过和上位机给出的提升机运行状态和运行曲线的配合来完成提升和下放的任务;当有故障发生时,故障画面可以显示详细的故障信息并且实时报警;故障记录画面可以按时间顺序自动记录下各种故障代码,便于操作人员完成提升机的维护工作。
2 组态软件的选择
组态软件是进行数据采集和过程控制的专用软件,它是为用户提供快速构建工业控制监控系统的软件工具[1]。Siemens公司的组态软件Win CC是Windows Control Center的简称。Win CC集成了Microsoft SQL Server数据库,含有多种标准接口可以与自动化系统无缝集成,同时编程系统非常完善[2]。Win CC依靠其集成的ODBC/SQL数据库作为数据处理,通过HMI和各种脚本程序来实现对工业现场的监控,并集成了多种通讯协议来保障监控的实时性和准确性。
3 上位机监控系统设计
上位机监控系统作为人机界面(HMI),要求能够以动态的、可视化的界面来反映自动控制任务的工作过程[3]。在提升机的上位机监控系统设计中,其软件设计框图如图1所示。为了完成提升机的监控任务,上位机的设计思路从系统状态、系统故障和重要参数三个大方面分别设计。系统状态是从整体上反映提升机运行状况的各种参数,上位机需要实时的将提升机的系统状态显示出来。系统故障是指在上位机中添加提升机的安全回路监视以及报警记录功能。上位机还需要实时连续记录一些重要参数,如变频器电流、运行速度和生产报表等。
监控系统主画面如图2所示。上位机监控的参数包括提升行程、提升信号、速度反馈、速度给定、电机轴温度、电枢电流等。通过对提升行程和速度的实时监测来反映提升机的运行状态,同时监控电枢电流来间接监控提升力矩,防止提升过载。如果任意一个监控参数不在正常范围内,则报警模块立即启动并发出声光报警信号,并配合安全回路实施安全制动,确保系统和人员的安全。
安全回路画面如图3所示。上位机通过传感器监测安全回路的实时状态,通过安全回路画面,操作人员可以了解整个安全回路的状态,当有安全回路断开时,可以在上位机画面中找到故障的原因和位置。
运行曲线画面如图4所示,此画面里添加了速度曲线、电流曲线、形成曲线控件。通过此画面,可以直观的看到提升机的运行趋势。
上位机故障记录画面如图5所示。此画面通过主控PLC自动判断提升机故障的故障类型,并且以时间为标签记录故障发生时的重要参数。
4 结束语
上位机由工控机等硬件部分和组态软件等软件部分组成,可以实现对提升机的在线监控。Win CC作为监控系统设计的组态软件,完成了提升机上位机监控管理系统的设计。上位机通过MPI通讯方式与PLC之间实时数据通信,更直观的展现出了提升机系统提升过程中的数据变化。与以往指示灯相比,更容易判断运行过程中出现的故障,使整个提升过程可视化,将现场采集的数据实时记录到PC中,方便了提升机的维护[4]。
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