在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中，國產組態(tài)軟件的應用越來越普遍，其中組態(tài)王6.5具有良好的圖形界面、豐富的驅動程序和網(wǎng)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(tài)王并非面面俱到，有時需要利用其他軟件彌補其薄弱環(huán)節(jié)。本文基于組態(tài)王6.5和Visual Basic 6.0實現(xiàn)了一種適合工業(yè)現(xiàn)場的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該方法既利用組態(tài)軟件方便快捷的界面設計功能，又可借助VB編程實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的串口通信、復雜的數(shù)據(jù)分析和處理等功能。本系統(tǒng)投入運行后，對武鋼工業(yè)港的6312站和1#混勻取料機進行在線監(jiān)測和故障診斷。實際運行效果表明：該監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了武鋼工業(yè)港中控室和各監(jiān)控點之間連續(xù)、可靠的數(shù)據(jù)信息交換，是一種經(jīng)濟實用、安全有效的工業(yè)監(jiān)控方式。
1、監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結構
本系統(tǒng)采用無線傳輸裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和工控機，以分布式控制方式組成監(jiān)控系統(tǒng)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，主站上位機采用1臺工業(yè)PC機作為中控室的主機，從站下位機為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(shù)據(jù)信息的相互傳輸，形成一個三級網(wǎng)絡系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)基本結構如圖1所示。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)基本結構圖
上位機中的監(jiān)控軟件負責向下位機發(fā)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(tài)及參數(shù)信息，完成對生產過程的動態(tài)模擬顯示和相關的數(shù)據(jù)處理，提供信息報警和數(shù)據(jù)報表等功能。下位機完成對設備數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)以無線通信的方式及時上傳至主站的上位機中，實現(xiàn)設備點檢狀態(tài)的在線監(jiān)測。
2、監(jiān)控軟件的設計
2.1 組態(tài)王簡介
組態(tài)王是一款國產組態(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(xiàn)場總線等工控產品；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內嵌許多控件函數(shù)、命令語言函數(shù)供用戶調用，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，但是單獨使用組態(tài)王將無法實現(xiàn)上位機監(jiān)控軟件的要求，因為在實際應用的過程中組態(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，對于較為復雜的數(shù)據(jù)處理很難實現(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行故障診斷分析；②在組態(tài)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(tài)王一次最多只能交換16B的數(shù)據(jù)。由于系統(tǒng)中實現(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)包遠遠超過了組態(tài)王定義串口通信I/O變量的范圍，因此對于利用串口設備實現(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)控軟件結構
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)上位機監(jiān)控軟件，監(jiān)控軟件的結構如圖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行的組態(tài)王可以實時監(jiān)測各設備的運行狀態(tài)，根據(jù)相關數(shù)據(jù)和趨勢圖判斷設備的故障情況。系統(tǒng)運行時，VB6.0作為后臺程序，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能及復雜的數(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)境中每個數(shù)據(jù)必須對應一個特定的文本框、標簽或圖片框，并且在組態(tài)王中也必有一個I/O點對應，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，同時增加組態(tài)王的點數(shù)，增加了軟件成本。
圖2 監(jiān)控軟件結構圖
3、監(jiān)控軟件的實現(xiàn)
3.1 監(jiān)控界面的實現(xiàn)
在Windows2000環(huán)境下，系統(tǒng)采用組態(tài)王6.5開發(fā)上位機實時監(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#混勻取料機的實時工作流程。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，通過圖形對象與變量之間動畫連接類型模擬現(xiàn)場設備的運行，可以直觀、動態(tài)地顯示現(xiàn)場設備參數(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(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(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)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(fā)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(tǒng)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(shù)據(jù)報表主要反應生產過程中的數(shù)據(jù)和狀態(tài)等，通過對長期的生產過程進行統(tǒng)計可以掌握和分析設備的生產情況。系統(tǒng)采用組態(tài)王提供的內嵌式報表系統(tǒng)，根據(jù)要求設置報表的格式并對報表進行組態(tài)。另外，調用組態(tài)王中的系統(tǒng)函數(shù)實現(xiàn)報表的打印功能。
3.2 數(shù)據(jù)通信及處理的實現(xiàn)
遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，采用VB6.0的MSComm串行通信控件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)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(shù)據(jù)包進行處理，具體實現(xiàn)過程如下。
第1步，初始化。系統(tǒng)運行時，上位機采取主叫的方式，由VB程序設置通信參數(shù)、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(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端從站發(fā)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(shù)據(jù)。然后，上位機處于數(shù)據(jù)等待狀態(tài)。
第3步，接收數(shù)據(jù)。當從站接收到握手信號并判斷準確后，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中。
第4步，數(shù)據(jù)處理。上位機的串口定時接收到數(shù)據(jù)包后，促發(fā)VB的OnComm事件，對數(shù)據(jù)包進行解包，然后進行相應的數(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)王在應用程序命令中定時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)場設備的狀態(tài)，達到遠程監(jiān)控的目的。
在利用VB實現(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?shù)卦黾友訒r，等待一段時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、結束語
本文應用VB編程擴充了組態(tài)王串口通信和數(shù)據(jù)處理的功能，實現(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)采集和遠程傳輸于一體，便于擴展，成功用于武鋼工業(yè)港，達到了令人滿意的監(jiān)控效果。
