地下圍護結(jié)構(gòu)鋼支撐裝置是用于城市地下空間開發(fā)施工過程中，對大型深基坑進行支護的重要部件。以保障基坑本身及周圍道路、建筑物、地下管線設(shè)施等鄰近建（構(gòu)）筑物的安全。

以往鋼支撐施工并無自動監(jiān)測裝置，依靠傳統(tǒng)人工統(tǒng)計。數(shù)據(jù)采集不及時、無連續(xù)性、讀取精度不高、可追溯性不強。出現(xiàn)質(zhì)量問題或事故后，為了逃避責(zé)任，甚至可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)篡改造假等違法行為。為了實時、真實記錄鋼支撐力矩變化，利用 SCADA平臺設(shè)計一套數(shù)據(jù)采集監(jiān)視系統(tǒng)，實時記錄力矩數(shù)據(jù)、報表生成等功能，做到實時記錄、數(shù)據(jù)可溯源、連續(xù)性、可分析等功能，以數(shù)據(jù)庫形式長期保存，確保數(shù)據(jù)保存安全性和真實性。這對保障地下空間建設(shè)的安全，具有重要意義。

1 SCADA 設(shè)計概略

考慮到 SCADA 與 PLC 的數(shù)據(jù)通信接口，在 SCADA 與 PLC 之間加入了專用 OPC Server，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集驅(qū)動，以達到完美的兼容性。

1.1 SCADA 系統(tǒng)的硬件/軟件搭建

硬件系統(tǒng)包括有數(shù)據(jù)源設(shè)備（PLC 等）、數(shù)據(jù)通信設(shè)備（HUB）以及數(shù)據(jù)采集工控機等。軟件包括 Windows平臺、OPC Server、Gateway、SCADA、Microsoft Excel等。系統(tǒng)搭建如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控硬件/軟件搭建圖

OPCServer 從 PLC 讀寫數(shù)據(jù)并存儲成一個名為“Sjcjcd.mdb”的數(shù)據(jù)庫文件。打開 OPC Server 軟件，建立一個名為“Dev01”的驅(qū)動，并設(shè)置好通信參數(shù)，如圖2 所示。通信參數(shù)為 ：“Q03UDE(CPU型號）”“CPUmodule（通信模式）”“1 9 2.1 6 8.1.1（I P）”“Etherne t(PC/IF)”“TCP(Protocol)”“60000ms(Time-out)”。

圖2 MX OPC Server建立驅(qū)動

Gateway 是將（OPC/DDE/SuiteLink/MX）4 種協(xié)議進行相互變換的通用協(xié)議轉(zhuǎn)換器軟件，是 SCADA 的 OPC Server 。通過 Gateway 設(shè)定添加 OPC Server 作為 OPC 服務(wù)器，然后添加“Add OPC Group Object”（添加組對象），并把所有需要讀/寫的地址標簽添加進去。

新建一個名稱為“Mreport.mdb”的數(shù)據(jù)庫文件，是調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)報表的數(shù)據(jù)庫文件。在 SQL 訪問管理器中，綁定需要報表名稱以及設(shè)定添加好在各自的報表中需要顯示的地址標簽，通過編輯后臺命令來調(diào)用 Excel 就能夠調(diào)閱指定時間段歷史報表了。

1.2 SCADA 系統(tǒng)畫面配置

本次設(shè)計的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)包含幾大功能：實時數(shù)據(jù)采集監(jiān)控、實時曲線、歷史曲線、報表生成、報警信息、歷史報警查詢等。本裝置 SCADA 系統(tǒng)共建立畫面 228+40個。系統(tǒng)按樹狀結(jié)構(gòu)分布各畫面。在系統(tǒng)運行平臺上，任何狀態(tài)下都能一鍵直接返回到“登錄首頁”，便于畫面之間的切換。SCADA 畫面結(jié)構(gòu)配置如圖3 所示。各個分站監(jiān)視畫面之間的切換功能依靠在其對應(yīng)的標簽畫面上的切換按鈕來實現(xiàn)，簡單快捷。按功能主要分為油壓監(jiān)視畫面、力矩監(jiān)視畫面、歷史曲線畫面、實時報警畫面、油缸設(shè)定畫面、歷史報表畫面等。

圖3 SCADA 畫面結(jié)構(gòu)配置

其中，歷史報表畫面中，需要建立第三方插件鏈接，運行預(yù)制作完成的報表插件。歷史報表畫面按控制柜編號為單位，可以調(diào)閱歷史時間段的報表，一個按鈕代表一臺子站控制柜， 按下對應(yīng)子站的調(diào)用鏈接按鈕后，彈出指定的報表模板，從時間控件中選取指定的日期，點擊“生成報表”按鈕，報表模板中會插入指定日期中每小時一組的數(shù)據(jù)，供查閱。同時，把調(diào)用過的報表保存為指定的、以控制柜編號、日期、時間為名稱的Excel文檔。

2 SCADA 組態(tài)

2.1 OPC 地址錄入

SCADA 的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控中，OPC server 是重要的一個環(huán)節(jié)。OPC server 設(shè)定通信鏈接后需要建立一個新的設(shè)備“Dev01”。在設(shè)備下新建4個地址標簽組別。名稱分別為“IO”（離散地址）、“actualvalue”（實時值模擬量地址）、“alarm”（報警地址）以及“setvalue”（設(shè)定值模擬量地址）。地址標簽分組的目的是為了歸類清晰、查閱方便。在這些地址標簽組的高級選項中“Enable Group”(組激活）復(fù)選框全部勾選，然后在各個組內(nèi)新建地址標簽，并與 PLC 地址、參數(shù)一一對應(yīng)。在“Conversion Definitions”(轉(zhuǎn)換定義)中新建若干數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式，作為數(shù)據(jù)變換公式，提供給模擬量地址標簽數(shù)據(jù)變換使用。OPC 建立地址標簽組如圖4 所示。完成后進行模擬測試。

圖4 MX OPC Server 建立地址組

地址表的建立，如圖5 所示。左側(cè)列表中分 4 個組別，每個組別下面添加各自類別的地址標簽（右側(cè)框內(nèi)）。在這些地址標簽中，定義好“IO Addres”(IO地址）、“Access”(讀寫功能）、“Data”(數(shù)據(jù)形式）、“Poll.”（采集頻率），并在高級選項中，“Enable Tag”(地址激活）復(fù)選框全部勾選；如果模擬量數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)換，則勾選“Use Conversion”選項，并在“Conversion”下拉列表中，選中合適的、自定義數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系式。

圖5 OPC server 地址表的建立

地址表設(shè)置完成后，保存為“.mdb”格式的數(shù)據(jù)庫文件。通信過程中，所需的標簽地址的狀態(tài)值就會自動存儲到“Sjcjcd.mdb”的數(shù)據(jù)庫文件中。

2.2 后臺命令語言

與 HMI 相比，SCADA 組態(tài)平臺更具開放性。它沒有固定的設(shè)計格式。整個 SCADA 畫面組態(tài)中，所有的自定義指令都是通過后臺命令語言等來實現(xiàn)的。

登錄畫面啟動時，下方的功能按鈕會延時 50 s 出現(xiàn)，這是為了使得程序運行開始時，保證后臺命令語言等一些程序能夠正常運行。具體實現(xiàn)的方法是建立一個變量 Fluid1。在畫面后臺命令語言中運行如下命令（每 1 000 ms）。

Fluid1 = Fluid1+ 1;

IF Fluid1 ＞= 50 THEN

Fluid1 = Fluid1+ 0;

ELSE Fluid1 = Fluid1+ 1;

ENDIF;

上述命令使得變量“Fluid1”執(zhí)行加 1 指令，當(dāng)“Fluid1”≥50 時，“Fluid1”保持 50 這個值不變。此時畫面顯示原來隱含的畫面功能按鈕，操作人員才能點擊這些按鈕，進入人機界面。相當(dāng)于系統(tǒng)啟動 50 s 后，才能正常操作，保證后臺命令指令、插件等功能正常投入運行。

“退出”系統(tǒng)按鈕的鏈接是運用按鍵命令實現(xiàn)的。如：點擊“EXIT”按鈕時，執(zhí)行如下命令，關(guān)閉畫面應(yīng)用程序?！癢WControl（）”指令是允許你從SCADA 恢復(fù)、最小化、最大化或者關(guān)閉一個應(yīng)用程序?！癐nfoAppTitle("view")”顯示此腳本查詢“SCADA運行畫面”應(yīng)用程序；如果已在運行，則“"Close"”關(guān)閉它。

WWControl(InfoAppTitle("view"), "Close");

畫面切換按鈕的實現(xiàn)也是通過按鍵命令實現(xiàn)的。如：點擊“油壓監(jiān)視”按鈕，鼠標鍵放開時，執(zhí)行下列命令，彈出對應(yīng)畫面（其中"數(shù)據(jù)采集主畫面 1"、"監(jiān)視菜單欄"、"登陸畫面"為畫面名稱）。

Show"數(shù)據(jù)采集主畫面1";

Show"監(jiān)視菜單欄";

Hide"登陸畫面";

報表調(diào)用鏈接按鈕通過如下命令實現(xiàn)：點擊“01-01泵站數(shù)據(jù)調(diào)閱”按鈕，鼠標鍵放開時，執(zhí)行下列命令，調(diào)用出對應(yīng)的第三方Excel文檔模板。其中，“StartApp”為調(diào)用Windows 應(yīng)用程序命令。這條命令解釋為：調(diào)用運行 D 盤中歷史數(shù)據(jù)文件夾（Hisdata）下報表模板文件夾（reptemp）中的報表模板文件（reptemp0101.xls）。

StartApp"d:Hisdata eptemp eptemp0101.xls";

在運行期間，每 1 0 0 0 m s執(zhí)行下列指令。即如果“Jacktype010101”等于1（油缸的形式等于 1，“Jacktype010101”即01#子站1#泵組01#油缸形式，內(nèi)存整型標記名。），也就是油缸選為 300 t，那么“Jackcoeff010101=96.12，”（Jackcoeff010101為內(nèi)存實型的一個標記名，油缸油壓/力矩轉(zhuǎn)換運算系數(shù)）；如果 010101 號油缸的形式等于 2，也就是油缸選為 400 t，那么“Jackcoeff010101=138.42”。如此循環(huán)，每 1 000 ms 運行一次。這條指令是為了使得設(shè)備裝置對應(yīng)可選兩種不同規(guī)格的油缸（擴展設(shè)備的應(yīng)用面），換算出不同的力矩（油缸缸徑不同，相同油壓下?lián)Q算出的力矩不同）。

IF Jacktype010101==1 THEN Jackcoeff010101=96.12;

ENDIF;

IF Jacktype010101==2 THEN Jackcoeff010101=138.42;

ENDIF;

在數(shù)據(jù)改變指令中，“$Hour”小時數(shù)改變時（系統(tǒng)內(nèi)存標記名，時間小時），執(zhí)行下列指令?！癝QLInsert”指令即為根據(jù)提供的綁定表中的標記名值，將一條新記錄插入?yún)⒖急碇?。其中，“ConnectionId0101”是由用戶創(chuàng)建的內(nèi)存整型標記名，用于存儲由“SQLConnect”函數(shù)賦給每個數(shù)據(jù)庫的編號 (ID)?！?data0101"”為需要訪問的數(shù)據(jù)庫表格名稱?！?report0101"”為要使用的SCADA標記名以及與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫列。本條命令表示每小時向數(shù)據(jù)庫寫一次數(shù)據(jù)。

status0101=SQLInsert(ConnectionId0101,"data0101","report0101");

在數(shù)據(jù)改變指令中，“$Second”秒數(shù)改變時（系統(tǒng)內(nèi)存標記名，時間秒），執(zhí)行下列指令。其中，“JPD010101”為油缸設(shè)定值與實際值的差值（報表使用），“JTorq010101”為油缸實時力矩值（報表使用）。

JPD010101 = actJack010101 - setJack010101;

JTorq010101 = actJack010101 ＊ Jackcoeff010101;

2.3 數(shù)據(jù)庫建立

在 SCADA中使用 Excel 來做報表首先需要把數(shù)據(jù)導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫，然后使用 Excel 中的宏命令來讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

打開“Mreport.mdb”文件，“使用設(shè)計器創(chuàng)建表”，分別配置字段（字段名和SCADA綁定列表中的 “列名”對應(yīng)，區(qū)分大小寫），配置字段的數(shù)據(jù)類型（數(shù)字、文本等）。建立日報表的目的是：能夠按日刪除以往數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)查詢時能夠快速便捷，優(yōu)化列表，節(jié)約存儲空間，減少查詢時間。

在 SCADA 的 SQL 訪問管理器中綁定上述列表。列表中的標記名.域名、列名。其中：“標記名.域名”是 SCADA 中的名稱，“列名”是數(shù)據(jù)庫列表中的名稱。

2.4 報表制作

本裝置報表擬定采用 Excel，通過宏命令代碼編輯，編制成適合工藝條件的報表文件。

在d:Hisdata中新建一文件夾“reptemp（臨時報表）”，在 d:Hisdata eptemp下新建 Excel 文檔，命名為“reptemp0101”---“reptemp1004”，共 40 個文檔，對應(yīng)于各臺泵站的數(shù)據(jù)。根據(jù)工程施工報表要求的標準格式編輯報表頁面。

在文件中進入開發(fā)狀態(tài)，創(chuàng)建一個查詢窗口“userform1”，在窗口頂部“caption字幕”輸入文字“查詢窗 01-01 泵站”，在窗口底部“caption字幕”輸入文字“企業(yè)名稱”，并調(diào)整好文字字體、大小、顏色等。文字等編輯在左下角“Dtpicker”屬性窗口內(nèi)進行。在查詢窗口插入日歷控件以及一個“生成報表”的按鈕,按鈕代碼略過，如圖6 所示。

圖6 SCADA 報表查詢窗設(shè)計

3 結(jié) 語

鋼支撐自動控制裝置的 SCADA 系統(tǒng)編程完成后，進行了系統(tǒng)調(diào)試。修正一些程序，并進行了多次修改升級。

系統(tǒng)安裝調(diào)試完成后，分別在上海及周邊省市多個工程進行了實際的使用，使用結(jié)果總體達到設(shè)計要求。在本裝置自動控制系統(tǒng)的運行平臺下，各項報警信息、歷史曲線、歷史報表均能正常調(diào)閱。這樣對工程后續(xù)的經(jīng)驗成果總結(jié)、編制竣工資料、專家會診等都有非常積極的意義，受到了建設(shè)單位的一致好評。