基于MCGS组态软件的煤矿监控系统的研究.pdf

第 5期 2 0 0 5年 1 0月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i n e Au t oma t i on NO ． 5 oc t ． 2 00 5 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 0 5 0 0 2 8 0 3 基于 MC G S组态软件的煤矿监控系统的研究 徐 春艳 ， 华 钢 ， 刘晓 东 ， 胡义 华 中国矿业大学信电学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 介 绍 了 MC GS组 态软件 的特 点及 主要 功 能 ， 分 析 了基 于 MC G S的煤 矿监 控 系统 的体 系结构 并给 出 了一种 实现 方 案 。 关键 词 煤矿 ； 监 控 系统 ； 组 态软 件 ；MC GS 中图分 类号 T D 7 6 ； T P 2 7 7 文献 标识 码 B Re s e a r c h o f M o ni t o r i n g a n d Co nt r o l Sy s t e m i n Co a l M i ne Ba s e d o n Co n f i gu r a t i o n So f t wa r e M CGS XU Chun y a n， H U A Ga n g，LI U Xi a o d on g， HU Yi hua Co l l e g e o f I n f o r ma t i o n ＆ El e c t r i c a l E n g i n e e r i n g o f CUM T． ，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Ch i n a Abs t r a c t Th i s pa p e r i n t r od uc e d t he m a i n c ha r a c t e r i s t i c s a nd f u nc t i o ns o f c o nf i gur a t i o n s o f t wa r e M CGS． I t a l s o a na l yz e d t he s t r uc t u r e o f t he mi ne mo ni t o r i n g a nd c o nt r ol s y s t e m a n d ga v e a wa y t o r e a l i z e t he s ys t e m． Ke y wo r d s c o a l mi n e，mon i t or i ng a n d c on t r ol s y s t e m ，c onf i gu r a t i on s of t wa r e，M CGS 0 引言 随着我国信息化技术的发展以及安全生产要求 收稿 日期 2 0 0 5 一O 3 2 1 作者简介 徐春艳 1 9 8 2 一 ， 女， 河南温县人 ， 中国矿业大学信 电 学院 2 0 0 3 级 硕士研 究生， 研究 方向为通信与信息系统 。 ．址 ． 址． 址． 址 ． 址 ． 址 ． 址 ． 址． 址 ． 址 数据位 ， 1位停止位 ， 为高电平 。传送 1个数据总共 有 1 0位 ， 1位起始位 、 8位数据位 、 1位停 止位 。传 送充分体现 了 C P L D的优势， 比单片机 MC U 串行 传输要快上 1 0倍 以上 。如果上位机 UAR T允许 ， 这个速 度 还 可 以增 大 到接 近 MC U 串行 传 输 的 1 0 0倍 。 4 结 语 设计完成通过仿真 以后 ， 利用 I S P 在线 编程 方式 下载 到 C P L D芯 片 XC 9 5 1 0 8 ， 外 接 R S 2 3 2电平 转换 芯 片 MAX2 3 2 AC P E。经 过 电 平 转 换 ， C P L D 与 P C机间进行数据通信 ， 上位机程序用 VC编写 。 先由上位机发送 任意字符到 C P I D， 进 而 由 C P L D 将 收到 的数据 由另 1 个 I ／ O 口发送 回 P C机 ， P C机 接收显示。试验证明， 在高速情况下 ， 通信正常。 的提高 ， 我国大多数煤矿企业生产过程中都采用 了 各种各样的煤矿监控 系统 ， 这些系统在煤矿 的安全 生产 中发 挥 了重要 的作 用 。然而 实 际情 况 中常 常 出 现控制工程人员缺乏计算机专业知识与计算机专业 人员缺乏控制工程现场操作技术和经验 的矛盾 ， 极 大地阻碍了监控系统工作效率的提高， 这种矛盾 由 参 考文献 ．址 ． 址 ． 址 ． 址 ． 址 [ 1 ] 曾繁泰 ， 陈美金 ． VHD I 程 序设计 E M] ． 北京 清华 大学 出 版 社 ， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 廖裕评 ， 陆瑞强． C P I D数字 电路 设计 [ M] ． 北京 清华 大学出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 李 明峰． P C机 与 C P I D通 信 问题 的研 究 [ E B ／ OI ] ． h t t p 7 7 www．2 1 i c ．c o m／ i n f o ／ i ma g e s ／ d N／ 2 0 0 2 ／ 0 8 ／ 5 ． ht m ， 20 04 ． E 4 ] 江正战． 串行通信接 口标准 R S - 4 2 3 ／ 4 2 2 ／ 4 8 5及其应用 E J ] ． 电子技术应 用． 1 9 9 4 ， 9 2 6 2 9 ． E s ] F r a n k D u r d a ． S e r i a l a n d UA RT Tu t o r i a l [ E B ／ 0I ] ． h t t p | | ． f r e e b s d ． o r g ／ d o c ／ e nUS ． I S 0 8 8 5 9 1 ／ a r t ic 1 e s ／ s e r i a 1 一 u a r t ． 2 0 0 4 ． E 6 ] 李 飞． 用 C语 言实现 MC S - 5 1机 到 I B M P C机 的 串 行 通信 [ J ] ． 自动化与仪表 ， 1 9 9 5 ， 2 1 0 4 6 4 8 ． 维普资讯 2 0 0 5年第 5期 徐春艳等 基于 MC GS组 态软件的煤矿监控 系统的研 究 2 9 于工控组态软件的产生而得以解决 。工控组态软件 作为一种用户无需改变运行程序原代码的软件平台 工 具 ， 为实现 工业 控 制免 去 了大量烦 琐 的编 程工 作 ， 在 各个 工控 领域 逐 步展 示 了其独 特 的优势 并 日渐成 熟 。近年来 ， 工 控组 态 软 件 被 逐 渐 应 用 到煤 矿 监 控 系统 中 ， 收 到 了 良好 的效 果 。MC GS是 国 内 比较 流 行 且运 行 比较 可靠 的几 种工 控组 态软 件之 一 。本文 分析了基于 MC GS的煤矿监控系统的体系结构 ， 并 给 出了一 种实 现方 案 。 1组态 软件 简 介 1 ． 1 组 态软 件 的特 点及 系统 结构 监控 组 态软 件是 面 向监控 和数 据采 集 的软件 平 台工具 ， 具 有丰 富 的设 置 项 目， 使 用 方 式 灵 活 ， 功 能 强 大 。监控 组态 软件 最早 主要 解 决人 机 图形界 面 问 题 ， 由于 它 的 快 速 发 展 ， 实 时 数 据 库 、 实 时 控 制 、 S C AD A、 通信及联 网、 开放数据接 口和对 I ／ 0设备 的广泛支持 已经成为它的主要 内容 。 组态 软件 的最 突 出 特点 是 实 时 多 任 务 。例 如 ， 数 据 采集 与输 出 、 数 据处 理与 算 法实现 、 图形显 示及 人 机对 话 、 实 时数据 的存 储 、 检索 管理 和实 时通 信 等 制 ] 。用户能够 自由组态控制菜单、 按钮和退 出系 统的操作权限， 只允许有操作权限的操作员对某些 功能进 行操 作 ， 防止 意外地 或 非法地 关 闭系统 、 进 入 开发系统修改参数或者对未授权数据进行更改等操 作 ， 保 证 了 系统 的可靠性 和稳 定性 。 1 ． 2 MC GS组 态软件 M CGSM on i t o r a nd Cont r ol Ge n e r a t e d Sy s t e rn， 通用 监控 系统 是 一 套 用 于快 速 构 造 和生 成 上 位 机监 控 系统 的 组 态 软 件 ， 它 能 在 基 于 Mi c r o s o f t 的各种 3 2位 Wi n d o ws 平 台上 运 行 ， 通 过 对 现 场 数 据 的采 集处 理 ， 以动 画显示 、 实 时 曲线 、 历史 曲线 、 报 警处理 、 流程控制和报表输出等多种方式 向用户提 供 解决 实 际 工 程 问 题 的 方 案 。 MC GS具 有 操 作 简 便 、 可视性好、 可维护性强、 高性能和高可靠性等特 点 ， 在 自 动 化 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 ， 系 统 稳 定 可 靠 。 2基于 MC G S组 态软 件 的煤矿 监控 系统体 系结构 目前 ， 国 内外煤 矿监 控 系统 的产 品繁 多 ， 但 系统 体系结构基本相同， 如图 2 所示 ， 大致可分 3层。 多个 任务要 在 一 台计 算 机上 同 时进行 。而各个 任 务 模块按一定规则互相搭配组成一个高度模块化 的软 信息 处 理 层一 件系统 。其 系统结 构如 图 1所示 。 系 统 配置 一 _ 一 显示 模 块 网 络 配 置卜 _ ， 实 一 _ 一 报 警 模 块 时 数据库管理 数 历 史模块 据 库 安 全管理 数据采集模块 图 1 组态软件系统结构 其 中 ， 实 时数 据 库 是 整 个监 控 组 态 环 境 数 据 处 理 和管 理 的核心 。组 态软 件通 过数 据采 集模 块从 现 场 设备 获得 实 时数据 ， 经 过必要 的加工 后 ， 可实现 以 下功能 1 实时数据以图形 、 动画等方式直观地显 示在计算机屏幕上； 2 控制数据被送到 I ／ 0设备， 对 执行 机构 实 行 控 制或 调 整控 制 参 数 ； 3 存 储 历 史 数据 ， 对历 史 数据 检索 请求 给予 响应 ， 还 可按要 求 打 印 历史报 表 ； 4 以声音 、 图 象 的方式 将 报 警 及时 通 知操 作人 员 ， 并记 录报 警信 息 ， 以备 检索 。 此外 ， 工控组态软件提供 了一套完善 的安全机 数据采集与 传输层 物 理层 一 一地面中心站 一 传感器 图 2 基于 MC GS组态软件的煤矿监控系统的体系结构 物理层 不 同的 传感器 将被 测 的物理 量转 换 成 所需 的 电信号 ， 同时 ， 相 应 的执行 器或 执行 机构 按 照 分 站或 中心 站 发 出 的控 制 指 令 来 控 制 设 备 的 动 作 ， 这 两个作 用 是整 个 系统 的基 础 ； 数据采集与传输层 数据 由分站采集， 经 由 分站主传输电缆传输 ， 最终完成和主机之 间的通信 ； 信息处理层 由计算机、 打 印机 、 显示器 、 模 拟屏 、 绘 图仪 等组 成 ， 主 要 任 务是 接 收 处 理 信 息 ， 并 通过 打 印机 、 C RT、 模 拟 屏 显 示 和 输 出必 要 的 数 据 和信息， 还可接收其它中断传输信息， 对整个系统进 行 必 要 的生成操 作 ， 另外 还可 向上 一级计 算机联 网 。 维普资讯 3 O 工矿 自动化 2 0 0 5年 1 O月 MC G S处于 信息 处理 层， 负责 信息 处理 和显 示 ， 及 与 向上一 级计 算 机 的联 网。 3 实现 方案 本文以淮北矿务集团煤矿监控系统为例 ， 介绍 一 种基于 MC GS组态软件 的煤矿监控系统 的实现 方 案 。 3 ． 1 淮 北矿务 集 团煤矿 监控 系统 联 网结构 淮北矿务集团有 1 6个矿 ， 各矿及局中心都配有 一 套 MC GS组态软件和 S QL S e r v e r数据库， 其联 网情 况如 图 3所示 。 图 3 淮 北 矿 务 集 团煤 矿 监 控 系统 联 网 结 构 各矿的 MC GS除了要完成对本矿数据的处理 、 显示 、 存储等任务外， 还要将配置文件和实时数据通 过网络传输给局端 MC G S ， 以便局 中心能同时查 看 各矿 的实时数据、 报警情况 、 历史 曲线等信息 。图 3 清晰地显示 了 MC GS组态软件在监控系统 中的数 据处理中心 、 远程监视 中心和数据转发 中心 的重要 地 位 。 3 ． 2 系统 实现 方案 硬件系统由各种传感器 C H4 、 C O、 F、 T、 P、 F M 等状态 、 分站 、 各种控制设备 、 地面中心站 、 传输线 路、 MC G S软件等组成 。 软件 系统 由两 大 部 分组 成 ， MC GS承 担 系 统 总 框架 设 计 ， 一 些 功 能 模 块 由 VB编 制 成 D L L， 供 MC GS调 用 。首先 在组 态 环 境 下 设 计应 用 程 序 ， 再 于运行环境下运行程序 。具体分 以下几个步骤 1 图形 界 面设 计 MC GS提供了丰富的绘 图控件 ， 可完成各种图 形 如仪表盘 、 柜 ， 实时曲线 ， 历史曲线， 报表 ， 各种参 数分布图等 的设 计， 用户 可以设 计 自己的图形界 面 。 本系统上位机 的主要界面设计为 数据显示主 界 面 包括模拟 量窗 口、 数字 量窗 口、 控制 量窗 口 等 、 报警窗E l 、 实时曲线窗 El、 历史曲线窗 El和系统 登陆 窗 口。各 界 面之 间可 以互相 切换 。 2 数据结构设计 MC GS数据库管理功能强大， 可通过各种内部 函数、 运算符、 脚本 程序对实时采 集的数据进行处 理 ， 并提供数据浏览 、 各种 曲线 、 报表等功能构件， 对 存盘数据库的数据进行查询、 排序、 运算等操作 ， 同 时可以挂接外部 数据库 ， 实现 OD B C接 口和 OL E 实时调用 ， 可以和 S QL S e r v e r 、 Or a c l e 、 A c c e s s 等数 据库 相连 。 本系统采用 MC GS与外部 S QL S e r v e r 数据库 相连的方法 ， 其分布情况见图 3 ， 各矿 均建库， 库 中 为每个测点建表 ， 各矿和局中心可 以同时对各个测 点实现数据浏览 、 历史 曲线、 报表等操作 ， 很好地实 现了数据共享。 3 功能模块开发 MC G S已经承担了许 多功能模块的开发 如历 史曲线等 ， 只需轻松组态 ， 无须烦琐编程。剩下的 主要是数据处理模块 的开发， 程序开发人员需要对 不同类型的采集数据进行不 同的处理 ， 使用 VB或 VC 编制成 D L L， 供 MC GS调用 。 至此， 一个基于 MC G S组态软件的煤矿监控系 统 已经 基本 完成 。 本 监控 系统 根据 先进 的控 制理论 ， 采 用先 进 、 方 便 、 实用 的工控组态软 件 MC G S， 很 好地完成 了监 控系统工程 ， 有效地提高 了监控系统 的效率和安全 性 ， 该系统在淮北矿务集 团运行两年来， 性能稳定 ， 同时具 有 以下特 点 1 用户 界 面友好 便利 ， MC GS的动 画 、 曲线 及 各种图形使数据显示直观形象； 2 由于 S QL S e r v e r的使用 ， 使矿端局端轻松 享受数据共享 ； 3 系统生 成迅 速 ， 可扩展 性增 强 。 参考 文献 [ 1 ] 于洪珍． 多媒 体计算 机技术在 矿 山监 测监控 系统 中 的 应用[ M] ． 北 京 煤炭工业出版社 ， 1 9 9 7 ． E 2 ] 马国华． 监控组 态软 件及其 应用 [ M] ． 北 京 清华 大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． [ 3 ] 易江义 ， 周彩 霞． 工控组态软件 的发展 与开发设 计E J ] ． 洛 阳工业高等专科学校学报 ， 2 0 0 3 ， 1 3 1 ． 维普资讯