摘要：現代現場控制系統不僅追求可靠性、穩定性，更為重要的是追求可靠性、穩定性以及經濟性的最佳效應。具有IPC和PLC整合特性、WinCE Based的WinCon8000工控設備，其性價比遠比常規PLC設備等更具競爭，使控制系統架構有了新的特點。本文詳細地介紹了WinCon8000在油庫消防監控系統中的具體應用時的硬件、軟件設計，并對其經濟性作了分析。實踐證明，系統設計滿足了設計要求，WinCE Based的WinCon8000控制器將在基于Web的現場級的控制發揮關鍵性的角色，其應用領域將會越來越廣泛。 關鍵詞：WinCE Based WinCon8000 控制器 安防 系統設計 1 項目需求 目前，國內一些爆炸或火災事件頻繁發生，給國家、集體以及個人造成了不可估量的損失，而造成爆炸或火災事件大多是其安防措施不到位，或者對安防監控系統不夠重視造成的，因此，國家對易燃易爆場所的消防監控越來越重視，對其要求也越來越嚴格，特別是對中心城市的大型石化儲罐庫（以下稱油庫）的安防監控是指令下達，必須整改，做到萬無一失。因此，油庫的安防自動監測與信息管理自動化系統日益被人們所重視。為了適應這一發展趨勢，根據油庫特殊的火災危險性和易燃液體泄漏監測實際需要，開發研制了一套基于ICPDAS（泓格科技）的WinCon8000的網絡油庫監控管理系統。本系統由油罐區溫度、煙霧能見度等監控、安防控制和信息管理系統組成，大大提高了油庫的安防管理水平。系統對4個儲罐區的溫度、煙霧能見度等進行實時監測和報警，并可與上位機通信，實現對儲罐區的安防信息實時顯示，并可進行聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等。 2 系統架構 2．1 系統組成 油庫儲罐區的消防設備主要包括安防監控設備、火災警報裝置、滅火設備及安全操作設備。安防監控設備主要對油庫的溫度、煙霧能見度實時監測。火災警報裝置是為了在安全參數出現異常或火災發生時產生及時報警，主要設備有警鈴、水力警鈴、事故廣播等。滅火設備是為了在火災初期有效的控制火勢，及時撲滅初起火災，主要設備有消防炮、泡沫泵、自動噴淋泵和高壓水槍等。安全操作設備是為了在安全參數出現異常時對物料管線及各種控制閥門進行控制和操作，如壓力閥、抽水泵等。 石化儲罐區中各種消防設備對聯動控制的要求不同，有些設備要求在出現異常時直接啟動，如警鈴；有些設備在出現異常后需要延時啟動，如消防水泵需在火災確認后啟動；有些設備則需要在啟動后，對系統返回狀態信號，如泡沫泵等。石化儲罐區具有聯動要求的主要設備有消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等，這些聯動主要由WinCon8000現地控制單元實施。考慮到石化儲罐區消防水泵、泡沫泵等設備數量少、重要性強且分散布置，多采用專線方式直接控制或專線與總線復合控制方式，使用DC24V 標準驅動信號直接送入消防設備配電箱驅動，以確保這些設備動作的高度可靠性。整個系統架構圖見圖1所示。 [align=center] 圖1：基于WinCon8000 的油庫消防系統的架構圖[/align] 2．2 現地主要控制器WinCon8000 簡介 WinCon-8000是ICPDAS（泓格公司）近期為適應PC操作系統由DOS轉到Windows系統，以Embedded硬設備的核心，裝有Intel Strong ARM CPU 和Windows CE.NET 4.1操作系統的領先級的面向工業控制、流程控制以及嵌入式控制的應用平臺。由于內嵌WindowsCE.NET操作系統，與常規的Windows操作系統相比，它有硬實時（hard real-time ）能力，較小的內核，快速引導，在深層的中斷處理能力能得到確定的控制，以及低成本等特性。在WinCon-8000上使用Windows CE .NET 4.1，就賦予它可以運行PC-based控制軟件的能力，如Visual Basic.NET、Visual C#、Embedded Visual C++、以及一些基于PC的SCADA軟件、Soft PLC等等。另外WinCon-8000設有VGA接口，使用戶能直接連普通的LCD監視器，而無需再去接昂貴的HMI或工業PC。與常規的工業PC或PLC系統相比，WinCon-8000確實是一個低價高性能的選擇。 2．3 基于WinCon8000 的現地控制單元 基于WinCon8000 的現地控制單元的主要任務是實時監控油庫大型儲油罐周圍的溫度、煙霧能見度等參數，同時一旦出現異常，應能及時與油庫監控中心聯絡，將預警參數顯示在控制屏上，并能及時啟動消防設備等。由于油庫基地有多個大型油罐，因此，控制器必須具有遠程通信能力。目前，基于TCP/IP 的控制系統由于通用，且能與公司的OA 系統無縫連接，因此，基于TCP/IP 的控制系統越來越受到重視，應用也越來越廣泛。因此，不失先進性，本系統的主控制器必須具有TCP/IP 接口。這也是選用Wincon8000 的理由之一。 2．3．1 主控制器 根據以上對現地控制單元的幾點要求，泓格公司的WinCon8000 將是最佳選擇。WinCon8000 有多種型號可選，根據本系統的要求，選擇WinCon－8331－G 緊湊型嵌入式控制系統，其主要特性如下： 􀂗 ◇Intel Stong ARM CPU，206MHz，使系統具有較強的實時數據處理能力； 􀂗 ◇SDRAM：64M，閃存：32M，EEPROM：16K； 􀂗 ◇內建看門狗計時器和實時時鐘，使系統實時性增強； 􀂗 ◇內建10 Base T，且符合NE2000，使系統具有遠程訪問能力；易于構成網絡化的控制系統； 􀂗 ◇1個CF 插槽：插CF 存儲卡，使系統在掉電后，重新啟動時，程序不會跑飛和數據丟失； 􀂗 ◇I/O 擴展槽數為3 槽，使系統具有一定的擴充能力。 在WinCon8000內部預裝Windows CE.NET，可以使控制系統非常容易的使用MicrosoftEmbedded Visual C++，Visual Basic.NET或是Visual C#來開發控制應用程序。由于Windows CE. NET是個強實時系統，它支持處理不同等級的優先權轉換，并給這一等級提供確定的控制，就象PLC一樣。此外，Windows CE. NET較傳統的PLC系統而言有一系列的優點，包括網絡通訊，圖形用戶界面，信息處理，大容量存儲管理，支持標準的PC接口和編程的易用性等。Windows CE.NET加上PLC的強實時特性，就產生了一個強有力的控制解決方案。WinCon-8000系列是一個無盤的實時控制平臺，它是傳統的PLC和Windows PC機的強強整合體。 2．3．2 模擬信號輸入模塊 基于WinCon8000 控制器的I/O 輸入輸出模塊可以直接與基于I－8000 控制器的I/O 模塊直接相連，根據系統要求，對于對溫度、煙霧能見度等信號的采集選用I－8017H 模擬量信號采集模塊，其特性為： 􀂾 ◇模擬輸入通過數：8 Channels 􀂾 ◇分辨率：14 位 􀂾 ◇輸入類型：差分 􀂾 ◇光電隔離：3000VDC 根據控制系統的要求，每個現地單元需要采集12 路模擬量信號，因此需要選用兩塊I－8017H 模擬量采集模塊，采集通道分配見表1 所示。 [align=center]表1：I－8017H 的通道配置 [/align] 2．3．3 開關量輸出模塊 基于WinCon8000 控制器的開關量輸出模塊主要用于控制或者啟動消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等設備，由于WinCon8000 自身輸出能力的限制，需要對其輸出根據不同的消防設備進行不同的二級繼電器放大。根據需要，選用I-8042 開關量模塊，其特性為： 􀂾 ◇開關量輸入通道數：16 Channels 􀂾 ◇開關量輸出通道數：16 Channels 􀂾 ◇外部供電時，可達3750V 隔離； 􀂾 ◇集電極開路輸出：125mA/通道 當I－8017H監測到煙霧能見度或者周圍溫度超過一定的閥值時，I－8042將自動啟動且控制消防設施，達到完成對現場安全參數及火災參數的連續采集處理和狀態分析，及時預測事故并采取處理措施，有效啟動現場消防設備，實施滅火操作。 3 監控系統軟件設計 按照系統集成方法，石化儲罐區消防安全監控系統的應用軟件采用模塊化編程，主要包括系統主控模塊、事故處理模塊、信息通信模塊、消防管理模塊等，功能如下： 1） 系統主控模塊。主要完成數據采集處理、報警判斷與聯動控制輸出、自動與手動控制方式切換、系統管理； 2） 事故處置模塊。根據監測數據完成對監測區域安全狀態的事故狀態分析預測，對現場安全進行操作控制和處置緊急情況，實施救災方案； 3） 信息通信模塊。主要完成通信協議管理、通信控制、異地遠程聯網；儲罐區安防監測系統主要依靠各類探測器采集現場數據并送入監控主機，通過對各類參數的數據分析處理和預測判斷，產生報警與消防設備聯動控制信號，同時將監測數據及各種信號存入系統數據庫，并通過遠程傳輸方式送入上級管理中心，實現數據分類存儲、數據共享、信息查詢和業務管理等功能 4） 消防管理模塊。主要完成系統操作管理、設備工況管理、防火管理與數據存儲。 按上述模塊劃分，上位機監控系統應用軟件可采用Windows環境下編程語言，面向對象設計應用界面和數據庫，全面支持可視化編程，提供集中數據管理功能。 3．1 現場級WinCon8000 的編程 由于WinCon8000 內嵌WinCE 操作系統，WinCE 是一個多任務的硬實時系統，他的kernel mode 給用戶提供了類似CeSetThreadPriority（）的API functions，可以達到1ms 的控制精度，足以滿足此控制系統的應用要求。編程軟件采用Visual Basic.NET，VB.Net 除了保有VB 的基本語法外，也增加許多新的功能，例如：多線程（Multi-Thread）、Internet Web、資料流標準化…等等。WinCon-8000 是自動控制的專屬設備，也是一種WinCE Embedded設備，所以由程序設計的角度來看，由于泓格公司提供了WinCon.Dll 提供的開發Toolkit，就很簡單的控制信號輸出入。VB.Net 有兩點功能對設計自動控制系統更為有利。基于VisualBasic.NET 的WinCon8000 的現地單元的控制程序開發流程見圖2 所示。 [align=center] 圖2：基于Visual Basic.NET 的WinCon8000 的現地單元的控制程序開發流程[/align] 3．2 中控室上位機程序設計 由于WinCon-8000提供OPC等多種數據通信方式，可以與外部系統做I/O信號值的數據交換。OPC Server通信方式為工控業界的通信標準之一，所以系統整合也是標準化。因此上位機在Windows2000 Professional操作系統下，采用Visual C＋＋編程環境，同時加上泓格公司提供的OPC Server通信方式，很容易將4臺現場的Wincon8000控制構成一個基于NCS（網絡控制系統），在Visual C＋＋下，編程者甚至可以不需了解WinCon8000的具體含義及其特性，就可實現與他們的聯網。 OPC 是Microsoft 公司的對象鏈接和嵌入OLE/COM 技術在過程控制方面的應用，為工業控制領域提供了標準的數據訪問機制。OPC 采用客戶/服務器結構，提供了兩套接口方案，分別為COM 接口和OLE 自動化接口。COM 接口效率高，通過它客戶能夠發揮OPC服務器的最佳性能，采用C++語言的客戶一般采用此方案；OLE 自動化接口使解釋性語言和宏語言訪問OPC 服務器成為可能。在程序設計時，利用如下命令就可得到WinCon8000的數據值： 􀂾 ◇HRESULT Read（dwCount, phServer, dwTransactionID, pdwCancelID, ppErrors,）以異步方式讀取OPCGroup 內的OPCItem（s）的值，值會在讀取硬件的動作結束后以callback 的形式傳回； 􀂾 ◇HRESULT SetState（pRequestedUpdateRate, pRevisedUpdateRate, pActive,pTimeBias, pPercentDeadband, pLCID, phClientGroup）設定OPCGroup 的狀態信息 ； 􀂾 ◇HRESULT Write（dwCount, phServer, pItemValues, dwTransactionID, pdwCancelID,ppErrors）以異步方式將值寫入OPCGroup 內的OPCItem（s）； 􀂾 ◇HRESULT Cancel2 （dwCancelID） 取消前一次的異步讀取/寫入； 􀂾 ◇HRESULT Refresh2（dwSource, dwTransactionID, pdwCancelID） 更新 OPCGroup內 OPCItem（s） 的值； 􀂾 ◇HRESULT SetEnable（bEnable） 將 OPCGroup 設為 Enable； 􀂾 ◇HRESULT GetEnable（pbEnable） 傳回 OPCGroup 是否為 Enable； 中控室實時監測界面見圖3 所示。 [align=center] 圖3：中控室實時監測界面[/align] 4 結束語 根據當前對石化儲罐區安防監控系統技術水平的現狀分析來看，本石化儲罐區安防監控系統對安全參數監測的準確程度、固定滅火裝置的聯動及時性、應急處置措施的合理性、系統無故障工作時間、系統運行成本等各方面指標已滿足消防安全監控系統設計要求，由于WinCon8000先進的硬件架構，泓格公司又提供的基于WinCE的解決方案，使得安防監控系統開時間短、易于集成、可靠性較高等特性。 作為融匯了IPC和PLC的優點，同時內嵌WinCE操作系統的WinCon8000控制器，由于其標準的信息架構，再加上驅動I/O信號的能力，再加上其標準性、開放性、可互操作性、可移植性，WinCE Based的WinCon8000控制器將在基于Web的現場級的控制發揮關鍵性的角色，其應用領域將會越來越廣泛。