蒲 旺 ，郝小江 ，竇小磊

(1.中國(guó)石油川慶鉆探工程公司科技信息處，四川 成都 610051；2.攀枝花學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，四川 攀枝花 617000；3.河南工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系，河南 鄭州 451191)

當(dāng)今世界的水環(huán)境面臨兩大問(wèn)題：水資源短缺和水污染加重。造成水污染的主要原因是工業(yè)廢水、農(nóng)田排水及城鄉(xiāng)生活污水向江河湖海大量排放，造成地面水和地下水水質(zhì)受到污染，嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并危害著人類的健康，因此，近年來(lái)各國(guó)對(duì)控制水污染越來(lái)越引起重視，全球都在加大和加快水污染治理的力度和速度。我國(guó)污水處理設(shè)備的制造水平和科技含量都比較低，本文對(duì)污水處理設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，并對(duì)其軟件開(kāi)發(fā)提供了一定的指導(dǎo)作用[1-2]。

1 污水處理系統(tǒng)現(xiàn)狀

目前，對(duì)污水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已成為發(fā)展趨勢(shì)，國(guó)外已開(kāi)發(fā)出一些污水處理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了一些基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變化、專家系統(tǒng)等技術(shù)的診斷軟件?，F(xiàn)有的污水處理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案大多采用傳統(tǒng)的上下位機(jī)結(jié)構(gòu)。下位機(jī)完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況和污水處理狀態(tài)信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)，大多采用工控機(jī)和單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)負(fù)責(zé)污水處理狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測(cè)顯示、報(bào)警、故障診斷及識(shí)別等。這種結(jié)構(gòu)對(duì)少量設(shè)備的幾個(gè)狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)，實(shí)時(shí)處理效率較高，當(dāng)需要對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，上下位機(jī)通信成為系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的瓶頸。另外，這些系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷相對(duì)脫離，即各成一套系統(tǒng)，即使有些系統(tǒng)將兩者合在一起，當(dāng)多個(gè)設(shè)備對(duì)多種診斷功能提出診斷請(qǐng)求時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的工作效率會(huì)明顯降低，造成系統(tǒng)集成性差，不便于軟件升級(jí)和擴(kuò)充[2-3]。

2 污水處理軟件開(kāi)發(fā)

為了便于用戶監(jiān)控和管理整個(gè)污水處理廠處理情況，本文開(kāi)發(fā)了中控室通信與應(yīng)用控制程序，提供了良好的人機(jī)操作界面。ADAM5000系列CAN模塊與許多軟件兼容，DeviceNet和CANopen可用來(lái)配置系統(tǒng)，建立在這兩個(gè)協(xié)議上的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLL可用于Windows程序設(shè)計(jì)。PCL-841附帶軟件包提供了7個(gè)函數(shù)，分別為初始化模塊 CanInitHW()、退出模塊 CanExitHW()、復(fù)位模塊CanReset()、配置模塊 CanConfig()、設(shè)置正常運(yùn)行狀態(tài)模塊 CanNormRun()、發(fā)送幀模塊 CanSendMsg()及接收幀模塊CanReceiveMsg()。其源文件在 Can841.h中，運(yùn)用這幾個(gè)函數(shù)和DeviceNet指令集就可構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)用軟件各個(gè)功能子程序，實(shí)現(xiàn)各個(gè)節(jié)點(diǎn)模塊間數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)采集和控制輸出。PC機(jī)與CAN適配卡的聯(lián)絡(luò)采用命令的通信協(xié)議，即“命令+參數(shù)”形式和“多主競(jìng)爭(zhēng)的總線仲裁”方式實(shí)現(xiàn)。

適配卡設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和所要開(kāi)發(fā)的Ring3層應(yīng)用程序的關(guān)系如圖1所示。

圖1 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)關(guān)系圖

Ring3應(yīng)用層對(duì)CAN適配卡的訪問(wèn)全部通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)，這種訪問(wèn)主要包括對(duì)CAN卡的初始化、發(fā)送報(bào)文、接收?qǐng)?bào)文以及其他操作。CAN卡初始化除了對(duì)CAN適配卡本身的初始化外，還包括虛擬設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的動(dòng)態(tài)加載和初始化(設(shè)置中斷號(hào)和I/O地址)。

污水處理自控軟件的設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 上位機(jī)軟件功能圖

2.1 對(duì)CAN串口的操作

適配卡PCL-841上提供了兩個(gè)獨(dú)立的CAN串口，對(duì)該串口的操作有幾種方法可以使用，如直接使用Windows AP對(duì)該串口進(jìn)行操作，使用包裝好的控件(例如MSComm)，也可以先把涉及到串口操作的WindowsAPI都封裝到一個(gè)類里面供開(kāi)發(fā)使用。在本系統(tǒng)中，使用一個(gè)封裝好的串口類來(lái)對(duì)串口進(jìn)行操作。該類能支持多串口、多線程，并能在所有主流Windows系統(tǒng)下使用。serialPortEx類的用戶只需熟悉少數(shù)幾個(gè)公共成員函數(shù)，就能輕易在自己的程序中加入串口的支持。必須注意的是該類并不支持串口通信協(xié)議，因?yàn)椴煌瑧?yīng)用場(chǎng)合下可能需要使用不同的協(xié)議，在本系統(tǒng)中使用的是DeviceNet協(xié)議。

2.2 實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的讀取

監(jiān)控軟件中設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)的顯示通過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的讀取來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取通過(guò)定時(shí)發(fā)送狀態(tài)請(qǐng)求(STATUS REQUEST)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)，定時(shí)器的間隔足夠小(例如 1 s)，那么每隔 1 s監(jiān)控軟件都能夠?qū)⑵湎到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)同步，這就保證了監(jiān)控軟件中系統(tǒng)狀態(tài)顯示的實(shí)時(shí)性。如果定時(shí)器的精度要求不高、定時(shí)器的間隔不是太小，使用Windows定時(shí)器就可以了，一般用SetTimer()函數(shù)來(lái)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，用KillTimer()函數(shù)來(lái)結(jié)束一個(gè)定時(shí)器。對(duì)于污水處理系統(tǒng)，通常每隔1 s左右讀取一次系統(tǒng)狀態(tài)信息就可以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的要求，因此使用Windows定時(shí)器完全可以滿足要求。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取步驟是：在監(jiān)控軟件啟動(dòng)時(shí)打開(kāi)定時(shí)器，每次定時(shí)器被觸發(fā)后，發(fā)送一條狀態(tài)請(qǐng)求信號(hào)；接收到回應(yīng)的狀態(tài)信號(hào)后，再更新系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的顯示，在下一次定時(shí)器被觸發(fā)之后，再發(fā)送一條狀態(tài)請(qǐng)求信號(hào)。不斷循環(huán)，直到監(jiān)控軟件退出為止[2-7]。

3 編寫(xiě)程序代碼

(1)使用Visual C++6.0的應(yīng)用程序向?qū)聞?chuàng)建一個(gè)基于文檔時(shí)間的“COMMSewageDlg”，修改標(biāo)題為“污水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)”，其他設(shè)置全部接受默認(rèn)選項(xiàng)。

(2)為了使用DLL，必須將DLL驅(qū)動(dòng)函數(shù)庫(kù)的頭文件加入工程中。方法是：從Visual C++主菜單中選擇Project-Add to Project-Filesw…，在彈出的對(duì)話框中選擇driver.H，單擊確定即可。加入完該文件后，就可以看見(jiàn)DA&C常量定義、參數(shù)聲明和DLL函數(shù)定義等。這些函數(shù)都可以用在將要開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序中。

(3)選擇 Build菜單，選中 Settings選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中選中Link頁(yè)，接著在類型欄選中Input，輸入adsapi32.lib于Object/library模塊中，然后單擊OK按鈕即可。

(4)將 SerialPort.h、SerialPort.cpp兩個(gè)類文件復(fù)制到工程文件夾中，用Project-Add to Project-Files命令將上述兩個(gè)文件加入工程，并在COMMSewageView.h中將頭文件 SerialPort.h說(shuō)明：#include"SerialPort.h"。

(5)人工添加消息響應(yīng)函數(shù)

首先在CCOMMsewageView.h中添加串口字符接收消息WM COMM RXCHAR(串口接收緩沖區(qū)內(nèi)有一個(gè)字符)的響應(yīng)函數(shù)聲明：

//{{AFXes MSG(COMMSewageView)

afx_msgLONG onCommunication(WPARAM ch，LPARAM port)；

//}}AFXes MSG

然后在SCPortTestView.cpp文件中進(jìn)行WM_COMM-RXCHAR消息映射：

BEGIN_MESSAGE_MAP(COMMSewageView，CView)

//{{AFX_MSG MAP(COMMSewageView)

ON_MESSAGE(WM_COMM_RXCHAR，On Communication)

//}}AFX_MSG MAP

END_MESSAGE_MAP()

接著在S CPortTestView.cpp中加入函數(shù)的實(shí)現(xiàn)：

LONG

COMMSewageView：：OnCommunication(WPARAMch， LPARAM port){…}；

(6)在視創(chuàng)建時(shí)初始化串口，首先利用C1assWizardr生成OnInitialUpdate()函數(shù)；

(7)利用C1assWizard成COMMSewageView的時(shí)間消息WM_TIMER響應(yīng)函數(shù)；

(8)在 OnCommunication(WPARAM ch，LPARAM port)函數(shù)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

本文詳細(xì)分析了污水處理的總體設(shè)計(jì)方案，介紹了CAN總線能實(shí)時(shí)處理上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，對(duì)CAN串口操作、數(shù)據(jù)的讀取以及編寫(xiě)程序代碼的步驟都進(jìn)行詳細(xì)的分析和介紹。本文的思想對(duì)我國(guó)的污水處理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)顯示和監(jiān)控起到一定的指導(dǎo)作用。

[1]黃大貴.微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)[M].成都：電子科技大學(xué)出版社，1996.

[2]蒲旺.污水處理在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及關(guān)鍵設(shè)備設(shè)計(jì) [D].成都：電子科技大學(xué)，2004.

[3]饒運(yùn)濤，鄒繼軍.現(xiàn)場(chǎng)總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

[4]鄔寬明.CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[5]金以慧.過(guò)程控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[6]李現(xiàn)勇.Visual c++串口通信技術(shù)與工程實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[7]盧鴻權(quán)，黃大貴等.基十CAN總線的一體化氧化溝DCS系統(tǒng)方案研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30(3).

[8]鄔寬明.CAN總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].電子技術(shù)應(yīng)用，1998，24(9).