现场工控组态系统中的动态数据交换技术

1 引言
　　
在一个自动监控(Supervisory Control And Data Acquisition SCADA)系统中，投入运行的监控组态软件是系统的数据采集和处理中心、远程监控中心和数据转发中心。处于运行状态的监控组态软件与各种控制、检测设备如挂接在现场总线上的工控计算机、PLC、智能仪表、智能设备等共同构成快速响应控制中心。控制方案和算法一般在设备上组态并执行，也可在工控计算机上组态，然后在下装到设备中执行，根据设备的具体要求而定[1]。组态软件在SCADA系统中所处的位置如图1所示。
　　
监控组态软件投入运行后，操作人员可以在其支持下完成以下各项任务:
　　(1) 查看生产现场的实时数据及流程画面，浏览各实时/历史趋势画面;
　　(2) 自动打印各种实时/历史生产报表;
　　(3) 及时得到各种过程报警和系统报警;
　　(4) 在需要时，人为干预生产过程，修改生产过程参数和状态;
　　(5) 与管理部门的计算机联网，为管理部门提供生产实时数据。

图1 监控组态软件在SCADA系统中所处的位置
　　
现场总线作为开放的控制网络能实现现场设备间、现场设备与控制室间的信号通信[2]。开放通信是信息传输与共享的基础之一，而当现场信号传至监控计算机之后，如何实现计算机内部各程序之间的信息沟通与传递，即如何让现场信号与各应用程序连接起来，让现场信息出现在计算机的各应用平台上，依然存在一个连接标准与规范的问题。在多用户、多任务的计算机系统中实现程序间的数据交换比较方便，操作系统对这种操作是支持的。自从Windows及微机版UNIX、LINUX操作系统的面世后，出现了程序之间交换数据的技术、协议或标准，实现程序间的数据交换才比较容易。在工业PC机的自动化系统中被广泛采用的今天，让现场总线控制系统和人机界面软件能够有效充分地用PC机丰富强大的软件资源，是一项值得深入研究的课题。文章对有关技术问题结合工程实践作些讨论。
　　
2 动态数据交换的基本概念
　　
尽管工控组态软件的数据交换技术有了长足进步，在当前实际运用的现场总线控制系统组态软件中，对于DDE和OPC两种数据交换技术的具体运用-特别是在微机执行多任务条件下如何进一步提高组态软件与其他程序之间的数据交换实时性方面，仍然存在某些不足，值得进一步探讨和研究。其中，动态数据实时交换(DDE)技术在控制网络的集成中得到了实际应用。其原因:

　　(1) 这种方法实时性较好，可以采用标准的Windows技术;
　　(2) 作为连接控制网络与信息网络的通信处理机在硬件上比较容易实现。
　　
当控制网络与信息网络有一共享工作站或通信处理机时，就可以通过动态数据交换技术实现控制网络中实时数据与信息网络中数据库数据的动态交换，从而实现控制网络与信息网络的集成。
　　
DDE是进程间通信的方法。为了进行会话，DDE应用程序用3个基本的标志符(或字符串)，即三层识别系统来区别其他DDE应用程序，他们分别是应用程序名(Application)、主题名(Topic)和项目名(Item)。每个DDE会话由应用程序名和主题名唯一定义，在DDE会话建立前由客户程序和服务器共同决定应用程序名和主题名，而由客户程序填写服务器的3个标志名。应用程序名位于层次机构的顶层，用于指出特定的DDE服务器应用程序名。主题名更深刻地定义了服务器应用程序会话的主题内容，服务器应用程序可支持一个或多个主题名[2]。
　　
3 面向过程控制的动态参数数据交换程序设计
　　
为方便讨论问题、现举例说明。根据某生产自动化改造工程要求,需要对系统进行组态监控操作平台设计，采用组态软件IFIX2.2和Windows应用软件VB6.0，开发并实现基于DDE机制的进程间数据交换，满足工业控制网SCADA工控计算机内部信息交换需要，为各应用程序通过共享内存交换信息，实现控制网络与信息网络的集成，并为进一步进行Windows程序间的数据交换开发提供有借鉴意义的参考[3]。控制网络与信息网络的主要集成技术如图2所示。

图2 控制网络与信息网络的主要集成技术

3.1 DDE信息交换的网络集成方法
　　
通过共享存储器的DDE技术为实现控制网络与信息网络的集成提供了技术支持，有很强的实时性。工程设计以工控计算机IPC作为通信处理机，该IPC机同时也是2个网络的工作站，跨接控制网络和信息网络，在沟通2个网络中起桥梁作用。通信处理机IPC用DDE方法实现2个网络间各站点的通信，是整个集成网络的关键，它能实现以下功能:

　　(1) 搜集控制网络上各站点的实时数据信息，写入信息网络的数据库，以便信息网络用户浏览、查询;
　　(2) 将信息网络用户的控制信息及时下达至控制网络的指定工作站点。
　　
基于通信处理机DDE信息交换的网络集成方法如图3所示。