劉家堯， 王 青， 周麗麗， 肖 云， 陳學(xué)佳

（南通理工學(xué)院電氣與能源工程學(xué)院，江蘇 南通 226002）

溫度監(jiān)測系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中， 且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科研以及日常生活等領(lǐng)域占有重要的地位。在其發(fā)展期間，從低級到高級，從簡單到復(fù)雜，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和對溫度監(jiān)測精度要求的不斷提高， 溫度監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 當(dāng)前比較流行的溫度監(jiān)測系統(tǒng)有基于單片機(jī)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)， 基于PLC 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)等， 本文提出了一種MCGS 在工業(yè)鍋爐溫度監(jiān)測裝置中的設(shè)計(jì)[1-6]。

1 溫度傳感器簡介

由于溫度測量系統(tǒng)是許多生產(chǎn)企業(yè)必備的基本裝置，特別是電熱、熱處理、電爐冶煉、爐襯耐火材料等行業(yè)更是廣泛而普遍的使用，為了確保其溫度示值準(zhǔn)確可靠，對測溫系統(tǒng)進(jìn)行定期或不定期的計(jì)量檢測是十分必要的。 因而本設(shè)計(jì)選用T10S-B-HW 溫度傳感器，它是一款高精度紅外線測溫變送器，防護(hù)性能強(qiáng)，外形美觀小巧，接線簡單，便于安裝，而且具有超強(qiáng)抗干擾能力、響應(yīng)速度快、靈敏度高、精確度高、一致性好和非接觸測量等特點(diǎn)。 RS485 接口，通信距離可達(dá)1 200m。 可以實(shí)時(shí)監(jiān)控多個(gè)現(xiàn)場的環(huán)境， 因此可以廣泛應(yīng)用于通訊機(jī)房、 智能樓宇、廠房車間、倉庫、藥庫、博物館、實(shí)驗(yàn)室和高壓機(jī)柜等場所。 所有通訊回路都遵照主/從方式，依照這種方式，數(shù)據(jù)可以在一個(gè)主站和多個(gè)子站之間傳遞。 任何一次通訊都不能從子站開始。 信息傳輸方式為異步方式，字節(jié)格式為起始位1 位， 數(shù)據(jù)位8 位， 停止位1 位， 無校驗(yàn)。 符合MODUBS RTU 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，默認(rèn)波特率為9 600，地址為1。

2 MCGS 的組態(tài)設(shè)計(jì)

2.1 MCGS 組態(tài)軟件介紹

MCGS 組態(tài)軟件專門應(yīng)用于嵌入式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，MCGS 嵌入版包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩部分， 它的組態(tài)環(huán)境能夠在基于Microsoft 的各種32 位Windows 平臺上運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境則是在實(shí)時(shí)多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)WindowsCE 中運(yùn)行。適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性能有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。此外，MCGS 嵌入版還帶有一個(gè)模擬運(yùn)行環(huán)境，用于對組態(tài)后的工程進(jìn)行模擬測試， 方便用戶對組態(tài)過程的調(diào)試。 同時(shí)MCGS 組態(tài)軟件有如下幾個(gè)主要功能：

1） 簡單靈活的可視化操作界面。MCGS 嵌入版采用全中文、可視化、面向窗口的開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求。以窗口為單位，構(gòu)造用戶運(yùn)行系統(tǒng)的圖形界面，使得MCGS 嵌入版的組態(tài)工作既簡單直觀，又靈活多變。

2）實(shí)時(shí)性強(qiáng)且有良好的并行處理性能。MCGS 嵌入版是真正的32 位系統(tǒng)， 充分利用了32 位WindowsCE 操作平臺的多任務(wù)、按優(yōu)先級分時(shí)操作的功能，以線程為單位對在工程作業(yè)中實(shí)時(shí)性強(qiáng)的關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的非關(guān)鍵任務(wù)進(jìn)行分時(shí)并行處理，使嵌入式PC 機(jī)廣泛應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域成為可能。 例如，MCGS 嵌入版在處理數(shù)據(jù)采集、設(shè)備驅(qū)動(dòng)和異常處理等關(guān)鍵任務(wù)時(shí)，可在主機(jī)運(yùn)行周期內(nèi)進(jìn)行非關(guān)鍵性的工作，實(shí)現(xiàn)并行處理。

3）豐富生動(dòng)的多媒體畫面。 MCGS 嵌入版以圖像、圖符、報(bào)表、曲線等多種形式，為操作員及時(shí)提供系統(tǒng)運(yùn)行中的狀態(tài)、品質(zhì)及異常報(bào)警等相關(guān)信息；用大小變化、顏色改變、明暗閃爍、移動(dòng)翻轉(zhuǎn)等多種手段，增強(qiáng)畫面的動(dòng)態(tài)顯示效果；對圖元、圖符對象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。 MCGS 嵌入版還為用戶提供了豐富的動(dòng)畫構(gòu)件，每個(gè)動(dòng)畫構(gòu)件都對應(yīng)一個(gè)特定的動(dòng)畫功能。

4）完善的安全機(jī)制。MCGS 嵌入版提供了良好的安全機(jī)制，可以為多個(gè)不同級別用戶設(shè)定不同的操作權(quán)限。 此外，MCGS 嵌入版還提供了工程密碼功能， 以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。

5）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。 MCGS 嵌入版具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能，支持串口通訊、Modem 串口通訊、以太網(wǎng)TCP/IP 通訊，不僅可以方便快捷的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，還可以與網(wǎng)絡(luò)版相結(jié)合通過Web 瀏覽功能，在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)瀏覽監(jiān)測到所有生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理和企業(yè)管理的集成。

6）多樣化的報(bào)警功能。MCGS 嵌入版提供多種不同的報(bào)警方式， 具有豐富的報(bào)警類型， 方便用戶進(jìn)行報(bào)警設(shè)置，并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示報(bào)警信息，對報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)答，為工業(yè)現(xiàn)場安全可靠地生產(chǎn)運(yùn)行提供有力的保障。

7）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供極大方便。 MCGS嵌入版由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和運(yùn)行策略五個(gè)部分構(gòu)成， 其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心， 是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。 各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。 在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干。

總之，MCGS 嵌入版組態(tài)軟件具有強(qiáng)大的功能， 并且操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作。 同時(shí)使用MCGS 嵌入版組態(tài)軟件能夠避開復(fù)雜的嵌入版計(jì)算機(jī)軟、硬件問題，而將精力集中于解決工程問題本身，根據(jù)工程作業(yè)的需要和特點(diǎn)，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。

2.2 鍋爐溫度監(jiān)測裝置設(shè)備窗口

在設(shè)備窗口里添加通用串口父設(shè)備及Modbus RTU協(xié)議，具體參數(shù)設(shè)置如下：

1） 連接上位機(jī)的主通信接口，采用標(biāo)準(zhǔn)串行通訊口，使用接線端子。

2） 信息傳輸方式為異步方式， 字節(jié)格式為起始位1位，數(shù)據(jù)位8 位，停止位1 位，無校驗(yàn)。

3） 數(shù) 據(jù) 傳 輸 速 率1 200b/s、2 400b/s、4 800b/s、9 600b/s、19 200b/s 可選，缺省為9 600b/s。

串口父設(shè)備基本屬性的設(shè)置是在串口父設(shè)備中的特點(diǎn)來完成，完成如圖1 所示。

2.3 莫迪康Modbus RTU

在設(shè)備通道，雙擊莫迪康Modbus RTU，進(jìn)入設(shè)備編輯窗口，先刪除全部通道，點(diǎn)擊設(shè)備屬性那一欄中的設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性而后便會在右下角出現(xiàn)三個(gè)小點(diǎn)，點(diǎn)擊小點(diǎn)便會出現(xiàn)莫迪康Modbus RTU 通道設(shè)備屬性窗口，單擊“增加通道”按鈕，彈出增加通道對話框，選擇寄存器類型“【4區(qū)】輸出寄存器”、數(shù)據(jù)類型“16 位無符號二進(jìn)制”、寄存器地址“1”、通道數(shù)量“1”、操作方式“讀寫”，設(shè)置完成點(diǎn)擊“確認(rèn)”，退出增加通道對話框，點(diǎn)擊快速連接變量，變量連接方式選擇默認(rèn)設(shè)備變量鏈接，如圖2 所示，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。

2.4 鍋爐溫度監(jiān)測裝置用戶窗口設(shè)置

在用戶窗口中新建窗口，進(jìn)入窗口，選中工具箱中的“位圖”，在動(dòng)畫組態(tài)頁面出現(xiàn)十字形的光標(biāo)，在頁面畫出任意形狀，鼠標(biāo)右擊畫出的形狀，選擇“裝載位圖”，在文件夾中選擇準(zhǔn)備好的圖片， 并將裝載好的圖片調(diào)制合適大小，即完成背景設(shè)置。標(biāo)題的設(shè)置選中工具箱中的“標(biāo)簽”，在“動(dòng)畫組態(tài)”窗口出現(xiàn)十字形光標(biāo)，在窗口畫出矩形，雙擊畫出的圖案，出現(xiàn)“標(biāo)簽動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”對話框，在屬性設(shè)置界面勾選“特殊動(dòng)畫鏈接”中的“閃爍效果”，并且在“擴(kuò)展屬性”界面在文本框中輸入想要的標(biāo)題。 在“閃爍效果”界面中表達(dá)式那一欄中填入“1”，便可使標(biāo)題不斷地閃爍。

溫度顯示界面的設(shè)計(jì)選中工具箱中的“標(biāo)簽”，在動(dòng)畫組態(tài)頁面出現(xiàn)十字形光標(biāo)，在頁面畫出矩形，雙擊畫出圖案，出現(xiàn)“標(biāo)簽動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置”對話框，在“輸入輸出連接”中勾選出顯示輸出，出現(xiàn)“顯示輸出”界面，進(jìn)入“顯示輸出”界面，在表達(dá)式那一欄中點(diǎn)擊“？ ”，連接在莫迪康Modbus RTU 中設(shè)置的讀寫4WUB0001 通道。 “輸出值類型”選中“數(shù)值量輸出”。

實(shí)時(shí)曲線的制作選中工具箱中的“實(shí)時(shí)曲線”按鈕，在“動(dòng)畫組態(tài)頁面”中畫出適當(dāng)大小的圖形，雙擊畫出的圖形，出現(xiàn)“實(shí)時(shí)曲線構(gòu)件屬性設(shè)置”對話框，“基本屬性”“標(biāo)簽屬性”的內(nèi)容設(shè)置視情況而定。 由于要顯示實(shí)時(shí)溫度曲線，所以要在“畫筆屬性”界面中“畫筆對應(yīng)的表達(dá)式和屬性”欄目中曲線1 后點(diǎn)擊“？ ”，連接在莫迪康Modbus RTU中設(shè)置的讀寫4WUB0001 通道， 用戶界面設(shè)置效果如圖3 所示。

圖3 用戶界面設(shè)置

3 鍋爐溫度監(jiān)測裝置軟硬件聯(lián)調(diào)

電腦模擬運(yùn)行： 通用串口父設(shè)備串口號須與當(dāng)前電腦串口號一致，工程組態(tài)完成后，點(diǎn)擊菜單欄下載按鈕或按F5，進(jìn)入“下載配置”對話框。選擇“模擬運(yùn)行”，點(diǎn)擊“工程下載”，下載完成，點(diǎn)擊“啟動(dòng)運(yùn)行”，即可運(yùn)行工程，

MCGS 觸摸屏運(yùn)行： 將串口父設(shè)備串口號改為COM2，工程組態(tài)完成后，點(diǎn)擊菜單欄下載按鈕或按F5，進(jìn)入“下載配置”對話框，點(diǎn)擊“制作U 盤綜合包”，然后將U盤插入觸摸屏的USB 口對進(jìn)行工程的下載更新。 在連接信號線時(shí)， 無需將信號線接入485 信號轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只需要接7 正8 負(fù)，走485 通訊，接入電源即可運(yùn)行工程，便會測出溫度，效果圖如圖4 所示。

圖4 MCGS 觸摸屏運(yùn)行效果圖

4 結(jié)束語

本文以工業(yè)鍋爐溫度為被測對象，從監(jiān)控體系上采用MCGS 監(jiān)控軟件通過上位機(jī)實(shí)施監(jiān)控，可獲得較好的檢測精度和穩(wěn)定性，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。 溫度傳感器采用的是高精度紅外探頭， 能夠更加精確的測量出溫度值，其測量精度：±0.5℃、測量分辨率：0.1℃，而且系統(tǒng)實(shí)用性及可靠性高，由于其體積小便于安裝，用戶使用更加方便，在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的實(shí)用價(jià)值。