油气管道输送远程网络测量与控制系统的设计.pdf

石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 2 月第 3 0 卷第 6 期 J o u r n a l o f O i l a n d G a s T e c h n o l o g y J ． J P I D e c ． 2 0 0 8 V o 1 ． 3 0 N o ． 6 油气管道输送远程 网络测量与控制 系统的设计 王成洋 中 石化管道储运分公司襄樊输油处生产科， 湖北襄樊4 4 1 o o 2 [ 摘要] 针对 油气管道 输送 大型多类型参数测试量具有 实时性、复杂性和危险性等特点 ，提 出一种 以 L a b wi n d o ws ／ C VI 作为 系统开发平 台，利用 C／ S模 式，采用 T C P ／ I P协议，组建 虚拟仪器 远程 网络测控 系统 的方案。该方案在油气管道输送大型 多类型参数测量与控制 中有广 阔的应用 前景 。 [ 关键词]控 制系统 ；L a b wi n d o w s ／ C VI；虚拟仪器 [ 中图分 类号]T E 9 3 7 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号 ]1 0 0 09 7 5 2 2 0 0 8 O 6 0 3 6 4 一O 3 在信息技术高速发展 的推动下 ，随着测试技术的发展，分布式测试技术的应用越来越广泛，基于计 算机网络的测试技术也得到迅速发展 ，在参数测量领域进入了虚拟仪器和网络化测控技术阶段。现代监 测和控制系统测试过程中潜在的不安全因素 ，油气管道工业生产过程 中各部分的协调运转和管理 ，都要 求依靠 I n t r a n e t 或 I n t e r n e t 进行。将虚拟仪器技术与 I n t r a n e t 、I n t e r n e t 技术融合 ，测量数据得到了真 正意义上的共享，实现了油气管道输送远程测量与控制。 1 网络测控系统 由于在油气管道输送过程 中涉及到对多种传感器的数据采集和仪器的驱动 ，存在着对传感器系统的 调整和生产测试现场环境恶劣等问题 ，这要求测试系统能在不同的测试终端甚至是远程测试终端完成测 试数据的获取 ，然后通过局域网或广域网将测试数据传输到主控计算机完成各种测试故障的分析、测试 策略的制定等。所以对其测试系统提出了更高的要求①能够同时测量多个参量 ，包括 电压 、电流、频 率、脉冲数等；②能够快速进行动态在线实时测量和控制，满足网上远程试验的要求；③能够实时快速 进行信号分析处理。要满足这些要求 ，需要构建基于计算机 的虚拟测试 系统 。测控 台以计算机为核心， 数据采集卡负责信号采集和数字化 ，结合虚拟仪器软件平台，最大限度的完成测量和控制的全过程 。即 能实现对对象的控制和信号的检测 ，又能对所获信号进行分析和处理[ 1 ] 。 2 软件与网络协议 虚拟仪器的提出和实现，带来测控技术的一次革命。人们开始逐步接受全新的仪器概念 ，即软件就 是仪器。L a b wi n d o ws ／ C VI 是美国 NI 公司开发的基于 C语言的半图形化软件开发平台，即具有 图形化 编程语言的开发效率高、修改灵活 、界面设计快速的优点 ，又具备文本 编程语言功能强大、可控性强、 性能灵活的优势，适用于 自动测试 、自动控制 、测试仪器通信 、测试硬件控制和信号分析处理，尤其是 大型、复杂的测试系统软件开发。另外 L a b Wi n d o ws ／ C 恩有强大的对 网络数据传输 的支持能力， 它提供了一个 r c P Tr a n s mi s s i o n C o n t r o l P r o t o c o 1 的函数库 。该函数库提供 了基于标准 TC P ／ I P协 }义的网络数据传输的 AP I 函数[ 2 ] ，可以实现与平台无关的、可靠的、面向连接 的网络数据传输功能。 由于油气管道输送过程监控软件 系统复杂 ，结构庞大，而灵活性要求又 比较高，以 L a b Wi n d o ws ／ C VI 作为开发软件无疑是最佳选择 。笔者即以 L a b wi n d o ws ／ C V I 作为虚拟仪器软件开发平台，并利用 [ 收稿日期]2 0 0 8 0 6 1 2 [ 作者简介]王或洋 1 9 7 7 一 ，男，1 9 9 8 年专科毕业，工程师，现从事电气管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3 O卷第 6 期 王成洋油气管道输送远程网络测量与控制系统的设计 c ／ s模式 ，采用 T C P ／ I P协议 ，实现虚拟仪器的远程 网络控制构建 。虚拟仪器的出现为网络测控的实施 提供 了新的资源和方法，为网络测控系统的发展提供了有利的条件。 3 系统结构 整 个测试 系 统 由虚 拟 仪 器 、服 务 器 、客 户机组 成 。客 户 机 通过 局 域 网或 I n t e r n e t 与 服务器 建立连 接 ，通 过服 务 器 对 虚 拟仪 器 进 行 控制 。其 系统结构 如 图 l 所 示 。 3 。 1 虚 拟仪 器测试 系统 结构 硬件平 台一般包 括被测对象 、计算 机、 控制器和各种测试模块 数据采集 卡，计数 测频卡、I ／ O卡示波器等 等 ，具体 连接关 系如图 2 所示。 系统配置 过程 中控制 器 的选 择非 常重 要。油气管道输送参数测试和现场监控 系统 现多采用基于 V XI 或 P XI 总线技术 的 自动 化测试设备。由于总线机 箱和主控计算机之 间测试传输数据 流量大 ，实时性 能要求 高 ， MX I 一 2是理想的选择 。对 于数据 流量较 小， 实时性能要求不是很高 的测试系统 ，I E E E 0 1 3 9 4总线控制器 因其寻址方便 、易于开发 、 方便灵 活、成本较低 相 当于 G P I B - vx I ， 数据传 输速 度 比 G P I B - VX I更 高 等 诸 多优 点 ，是很好的选择 。 软件系统主要是基于 L a b Wi n d o ws ／ C VI 平 台完成对硬件设备的测试控制和数据 获取 分析和存储 ，通过动态链 接库 D L L实现 干 VC、VB等开发工具的兼 容 ，调用必要 的 软件包 ，利用 T C P函数库和 Wi n d o ws S o c k e t S D K函数库实现网络控制[ 3 ] 。系统实时性 方面，设计的 目标集 中在如何 保证数据在事 图 1 系统 结构 图 图 2 硬 件平台的连接关 系 图 3 虚 拟仪器测试 系统 的体 系结构 先确定时间内被正确的采集与处理 ，以便 在控制环节或仿真周期 内得到测试 结果。图 3所示 的体系结 构，采用流行 的 E t h e r n e t T C P ／ I P将多台测试机连接起来 ，系统通道数的扩展不会影响速度 ，测试机也 可以分布在远程中。 3 ． 2 虚拟网络测量协议及虚拟任务组织协议 在定义了虚拟网络测量模型之后 ，还必须定义建立在该模型基础之上的虚拟网络协议组，协议组建 立在 OS I 参考模型基础之上 。虚拟网络测量协议 主要用于实现客户机与服务器之间的测试 信息表示和 数据格式的标准化，是客户机与测试服务器进行通信的基础，是实现网络测量系统模型虚拟网络化的关 键。虚拟网络测量协议建立在 1 0 B a s e T 以太网以及 TC P ／ I P协议的基础上 。 在 c ／ s模式 中，测试服务器响应客户机发送来 的测试和控制信息 ，实 现特定 的测试和控制任务 ， 并将结果信息返 回客户机。 在这一过程中，一方面，需要具体规范测试及控制功能的数据表示 ，在实际应用中，采用标准仪器 控制语言 S C P I 作为测量信息的语法表示 ；另一方面 ，需要定义用户给予服务器之 间传输信息的标准传 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 石油天然气学报 江汉石油学院学报 2 0 0 8 年 1 2 月 输报文格式 。 3 ． 3 虚 拟仪器 网络 系统 的实现 在建立以上模型、协议 的基础上 ，采 用 L a b wi n d o ws ／ C VI 作 为系统开发平 台，并利用其提供的 T C P ／ I P函数库和 Wi n d o ws S o c k e t S DK 函数库 ，具体实现了虚拟仪器远程网络控制系统 ，系统软件的 总体结构如图 4所示。 图 4系统软件的总体结构 测试服务器处于系统结构的核心，负责测试仪器管理 、测试服务管理 ，必须具有支持 冲突、出错 管理、进程显示等多种功能 ，是软件设计的重点。在 L a b wi n d 0 ws ／ c VI 开发平 台上实现仪器测试 ，当 一 个客户需要测量仪器时，向服务器发送服务请求 ，服务器收到该请求后 ，进行分析、测量并将测得信 号返回客户机L 1 ] 。 结合系统构成原理 ，通过局域网构建一个简单 的测试网络，实现远程电压数据的采集 、传送和波形 显示。服务器启动程序后系统进行初始化 ，等待客户机连接请求 ；较验正确后建立连接并等待命令，若 客户端有命令则开始处理服务请求 ，分析处理完毕后返还客户机测试信息。程序编写调试完毕后 ，将服 务器端程序和客户端程序分别在 2台通过网络连接 的计算机上运行 ，成功地实现了两端程序的连接，实 现 了虚拟仪器远程网络控制的要求 。 4 结 语 测控系统的网络化已成为现代测控领域的发展趋势 ，将成为科学研究和 自动化控制系统的重要组成 部分。虚拟仪器远程 网络控制系统在设计周期、难度和费用上都大大低于现场测控仪器 的设计。笔者选 用 L a b Wi n d o ws ／ C VI 软件 ，开发油气管道输送实时监测系统能大大提高工作效率 ，节约开发成本。 [ 参考文献] [ 1 ]王建兴． L a b Wi n d o w s ／ C V I 测试技术及工程应用 [ M]． 北京化学工业出版社，2 0 0 6 ． [ 2 ]刘君华 ． 基于 L a b Wi n d o w s ／ C V I 的虚拟仪器设计 [ M]． 北京。电子工业出版社。2 0 0 3 ． [ 3 ]张凤均 ． L a b Wi n d o w s ／ C V l 开发人门和进阶 [ M ]． 北京t航空航天大学出版社，2 0 0 1 ． [ 4 ] 常 永昌． 一种远 程控制软件的 设计与实现 [ J ]． 计算机应用， 2 0 0 3 ， 2 3 3 ； 1 2 7 1 2 9 ． [ 编辑] 苏开科 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m