泓格WinCon8000在油庫消防監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

　摘要：現(xiàn)代現(xiàn)場控制系統(tǒng)不僅追求可靠性、穩(wěn)定性，更為重要的是追求可靠性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟性的最佳效應(yīng)。具有IPC和PLC整合特性、WinCE Based的WinCon8000工控設(shè)備，其性價比遠比常規(guī)PLC設(shè)備等更具競爭，使控制系統(tǒng)架構(gòu)有了新的特點。本文詳細地介紹了WinCon8000在油庫消防監(jiān)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用時的硬件、軟件設(shè)計，并對其經(jīng)濟性作了分析。實踐證明，系統(tǒng)設(shè)計滿足了設(shè)計要求，WinCE Based的WinCon8000控制器將在基于Web的現(xiàn)場級的控制發(fā)揮關(guān)鍵性的角色，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V泛。

1 項目需求
目前，國內(nèi)一些爆炸或火災(zāi)事件頻繁發(fā)生，給國家、集體以及個人造成了不可估量的損失，而造成爆炸或火災(zāi)事件大多是其安防措施不到位，或者對安防監(jiān)控系統(tǒng)不夠重視造成的，因此，國家對易燃易爆場所的消防監(jiān)控越來越重視，對其要求也越來越嚴格，特別是對中心城市的大型石化儲罐庫（以下稱油庫）的安防監(jiān)控是指令下達，必須整改，做到萬無一失。因此，油庫的安防自動監(jiān)測與信息管理自動化系統(tǒng)日益被人們所重視。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，根據(jù)油庫特殊的火災(zāi)危險性和易燃液體泄漏監(jiān)測實際需要，開發(fā)研制了一套基于ICPDAS（泓格科技）的WinCon8000的網(wǎng)絡(luò)油庫監(jiān)控管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)由油罐區(qū)溫度、煙霧能見度等監(jiān)控、安防控制和信息管理系統(tǒng)組成，大大提高了油庫的安防管理水平。系統(tǒng)對4個儲罐區(qū)的溫度、煙霧能見度等進行實時監(jiān)測和報警，并可與上位機通信，實現(xiàn)對儲罐區(qū)的安防信息實時顯示，并可進行聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等。

2 系統(tǒng)架構(gòu)
2．1 系統(tǒng)組成
油庫儲罐區(qū)的消防設(shè)備主要包括安防監(jiān)控設(shè)備、火災(zāi)警報裝置、滅火設(shè)備及安全操作設(shè)備。安防監(jiān)控設(shè)備主要對油庫的溫度、煙霧能見度實時監(jiān)測?；馂?zāi)警報裝置是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異?；蚧馂?zāi)發(fā)生時產(chǎn)生及時報警，主要設(shè)備有警鈴、水力警鈴、事故廣播等。滅火設(shè)備是為了在火災(zāi)初期有效的控制火勢，及時撲滅初起火災(zāi)，主要設(shè)備有消防炮、泡沫泵、自動噴淋泵和高壓水槍等。安全操作設(shè)備是為了在安全參數(shù)出現(xiàn)異常時對物料管線及各種控制閥門進行控制和操作，如壓力閥、抽水泵等。
石化儲罐區(qū)中各種消防設(shè)備對聯(lián)動控制的要求不同，有些設(shè)備要求在出現(xiàn)異常時直接啟動，如警鈴；有些設(shè)備在出現(xiàn)異常后需要延時啟動，如消防水泵需在火災(zāi)確認后啟動；有些設(shè)備則需要在啟動后，對系統(tǒng)返回狀態(tài)信號，如泡沫泵等。石化儲罐區(qū)具有聯(lián)動要求的主要設(shè)備有消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等，這些聯(lián)動主要由WinCon8000現(xiàn)地控制單元實施?？紤]到石化儲罐區(qū)消防水泵、泡沫泵等設(shè)備數(shù)量少、重要性強且分散布置，多采用專線方式直接控制或?qū)＞€與總線復(fù)合控制方式，使用DC24V 標準驅(qū)動信號直接送入消防設(shè)備配電箱驅(qū)動，以確保這些設(shè)備動作的高度可靠性。整個系統(tǒng)架構(gòu)圖見圖1所示。
2．2 現(xiàn)地主要控制器WinCon8000簡介
WinCon-8000是ICPDAS（泓格公司）近期為適應(yīng)PC操作系統(tǒng)由DOS轉(zhuǎn)到Windows系統(tǒng)，以Embedded硬設(shè)備的核心，裝有Intel Strong ARM CPU 和Windows CE.NET 4.1操作系統(tǒng)的領(lǐng)先級的面向工業(yè)控制、流程控制以及嵌入式控制的應(yīng)用平臺。由于內(nèi)嵌Windows CE.NET操作系統(tǒng)，與常規(guī)的Windows操作系統(tǒng)相比，它有硬實時（hard real-time ）能力，較小的內(nèi)核，快速引導(dǎo)，在深層的中斷處理能力能得到確定的控制，以及低成本等特性。在WinCon-8000上使用Windows CE .NET 4.1，就賦予它可以運行PC-based控制軟件的能力，如Visual Basic.NET、Visual C#、Embedded Visual C++、以及一些基于PC的SCADA軟件、Soft PLC等等。另外WinCon-8000設(shè)有VGA接口，使用戶能直接連普通的LCD監(jiān)視器，而無需再去接昂貴的HMI或工業(yè)PC。與常規(guī)的工業(yè)PC或PLC系統(tǒng)相比，WinCon-8000確實是一個低價高性能的選擇。

圖1：基于WinCon8000的油庫消防系統(tǒng)的架構(gòu)圖
2．3 基于WinCon8000的現(xiàn)地控制單元
基于WinCon8000的現(xiàn)地控制單元的主要任務(wù)是實時監(jiān)控油庫大型儲油罐周圍的溫度、煙霧能見度等參數(shù)，同時一旦出現(xiàn)異常，應(yīng)能及時與油庫監(jiān)控中心聯(lián)絡(luò)，將預(yù)警參數(shù)顯示在控制屏上，并能及時啟動消防設(shè)備等。由于油庫基地有多個大型油罐，因此，控制器必須具有遠程通信能力。目前，基于TCP/IP的控制系統(tǒng)由于通用，且能與公司的OA系統(tǒng)無縫連接，因此，基于TCP/IP的控制系統(tǒng)越來越受到重視，應(yīng)用也越來越廣泛。因此，不失先進性，本系統(tǒng)的主控制器必須具有TCP/IP接口。這也是選用Wincon8000的理由之一。
2．3．1 主控制器
根據(jù)以上對現(xiàn)地控制單元的幾點要求，泓格公司的WinCon8000將是最佳選擇。WinCon8000有多種型號可選，根據(jù)本系統(tǒng)的要求，選擇WinCon－8331－G緊湊型嵌入式控制系統(tǒng)，其主要特性如下：
Intel Stong ARM CPU，206MHz，使系統(tǒng)具有較強的實時數(shù)據(jù)處理能力；
SDRAM：64M，閃存：32M，EEPROM：16K；
內(nèi)建看門狗計時器和實時時鐘，使系統(tǒng)實時性增強；
內(nèi)建10 Base T，且符合NE2000，使系統(tǒng)具有遠程訪問能力；易于構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)；
1個CF插槽：插CF存儲卡，使系統(tǒng)在掉電后，重新啟動時，程序不會跑飛和數(shù)據(jù)丟失；
I/O擴展槽數(shù)為3槽，使系統(tǒng)具有一定的擴充能力。
在WinCon8000內(nèi)部預(yù)裝Windows CE.NET，可以使控制系統(tǒng)非常容易的使用Microsoft　Embedded Visual C++，Visual Basic.NET或是Visual C#來開發(fā)控制應(yīng)用程序。由于Windows CE. NET是個強實時系統(tǒng)，它支持處理不同等級的優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)換，并給這一等級提供確定的控制，就象PLC一樣。此外，Windows CE. NET較傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)而言有一系列的優(yōu)點，包括網(wǎng)絡(luò)通訊，圖形用戶界面，信息處理，大容量存儲管理，支持標準的PC接口和編程的易用性等。Windows CE.NET加上PLC的強實時特性，就產(chǎn)生了一個強有力的控制解決方案。WinCon-8000系列是一個無盤的實時控制平臺，它是傳統(tǒng)的PLC和Windows PC機的強強整合體。
2．3．2 模擬信號輸入模塊
基于WinCon8000控制器的I/O輸入輸出模塊可以直接與基于I－8000控制器的I/O模塊直接相連，根據(jù)系統(tǒng)要求，對于對溫度、煙霧能見度等信號的采集選用I－8017H模擬量信號采集模塊，其特性為：
模擬輸入通過數(shù)：8 Channels
分辨率：14位
輸入類型：差分
光電隔離：3000VDC
根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，每個現(xiàn)地單元需要采集12路模擬量信號，因此需要選用兩塊I－8017H模擬量采集模塊，采集通道分配見表1所示。
表1：I－8017H的通道配置


2．3．3 開關(guān)量輸出模塊
基于WinCon8000控制器的開關(guān)量輸出模塊主要用于控制或者啟動消防水泵、泡沫泵、安全閥、聲光報警器、訊響器、消防電話及消防廣播等設(shè)備，由于WinCon8000自身輸出能力的限制，需要對其輸出根據(jù)不同的消防設(shè)備進行不同的二級繼電器放大。根據(jù)需要，選用I-8042開關(guān)量模塊，其特性為：
開關(guān)量輸入通道數(shù)：16 Channels
開關(guān)量輸出通道數(shù)：16 Channels
外部供電時，可達3750V隔離；
集電極開路輸出：125mA/通道
　 當I－8017H監(jiān)測到煙霧能見度或者周圍溫度超過一定的閥值時，I－8042將自動啟動且控制消防設(shè)施，達到完成對現(xiàn)場安全參數(shù)及火災(zāi)參數(shù)的連續(xù)采集處理和狀態(tài)分析，及時預(yù)
測事故并采取處理措施，有效啟動現(xiàn)場消防設(shè)備，實施滅火操作。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計
按照系統(tǒng)集成方法，石化儲罐區(qū)消防安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件采用模塊化編程，主要包括系統(tǒng)主控模塊、事故處理模塊、信息通信模塊、消防管理模塊等，功能如下：
1）系統(tǒng)主控模塊。主要完成數(shù)據(jù)采集處理、報警判斷與聯(lián)動控制輸出、自動與手動控制方式切換、系統(tǒng)管理；
2）事故處置模塊。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)完成對監(jiān)測區(qū)域安全狀態(tài)的事故狀態(tài)分析預(yù)測，對現(xiàn)場安全進行操作控制和處置緊急情況，實施救災(zāi)方案；
3）信息通信模塊。主要完成通信協(xié)議管理、通信控制、異地遠程聯(lián)網(wǎng)；儲罐區(qū)安防監(jiān)測系統(tǒng)主要依靠各類探測器采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并送入監(jiān)控主機，通過對各類參數(shù)的數(shù)據(jù)分析處理和預(yù)測判斷，產(chǎn)生報警與消防設(shè)備聯(lián)動控制信號，同時將監(jiān)測數(shù)據(jù)及各種信號存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，并通過遠程傳輸方式送入上級管理中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類存儲、數(shù)據(jù)共享、信息查詢和業(yè)務(wù)管理等功能
4）消防管理模塊。主要完成系統(tǒng)操作管理、設(shè)備工況管理、防火管理與數(shù)據(jù)存儲。
按上述模塊劃分，上位機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件可采用Windows環(huán)境下編程語言，面向?qū)ο笤O(shè)計應(yīng)用界面和數(shù)據(jù)庫，全面支持可視化編程，提供集中數(shù)據(jù)管理功能。
3．1 現(xiàn)場級WinCon8000的編程
由于WinCon8000內(nèi)嵌WinCE操作系統(tǒng)，WinCE是一個多任務(wù)的硬實時系統(tǒng)，他的 kernel mode給用戶提供了類似CeSetThreadPriority()的API functions，可以達到1ms的控制精度，足以滿足此控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求。編程軟件采用Visual Basic.NET，VB.Net除了保有VB的基本語法外，也增加許多新的功能，例如：多線程(Multi-Thread)、Internet Web、資料流標準化…等等。WinCon-8000是自動控制的專屬設(shè)備，也是一種WinCE Embedded設(shè)備，所以由程序設(shè)計的角度來看，由于泓格公司提供了WinCon.Dll提供的開發(fā)Toolkit，就很簡單的控制信號輸出入。VB.Net有兩點功能對設(shè)計自動控制系統(tǒng)更為有利?；赩isual Basic.NET的WinCon8000的現(xiàn)地單元的控制程序開發(fā)流程見圖2所示。


圖2：基于Visual Basic.NET的WinCon8000的現(xiàn)地單元的控制程序開發(fā)流程
3．2 中控室上位機程序設(shè)計
由于WinCon-8000提供OPC等多種數(shù)據(jù)通信方式，可以與外部系統(tǒng)做I/O信號值的數(shù)據(jù)交換。OPC Server通信方式為工控業(yè)界的通信標準之一，所以系統(tǒng)整合也是標準化。因此上位機在Windows2000 Professional操作系統(tǒng)下，采用Visual C＋＋編程環(huán)境，同時加上泓格公司提供的OPC Server通信方式，很容易將4臺現(xiàn)場的Wincon8000控制構(gòu)成一個基于NCS（網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)），在Visual C＋＋下，編程者甚至可以不需了解WinCon8000的具體含義及其特性，就可實現(xiàn)與他們的聯(lián)網(wǎng)。
OPC是Microsoft公司的對象鏈接和嵌入OLE/COM技術(shù)在過程控制方面的應(yīng)用，為工業(yè)控制領(lǐng)域提供了標準的數(shù)據(jù)訪問機制。OPC采用客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，提供了兩套接口方案，分別為COM接口和OLE自動化接口。COM接口效率高，通過它客戶能夠發(fā)揮OPC服務(wù)器的最佳性能，采用C++語言的客戶一般采用此方案；OLE自動化接口使解釋性語言和宏語言訪問OPC服務(wù)器成為可能。在程序設(shè)計時，利用如下命令就可得到WinCon8000的數(shù)據(jù)值：
HRESULT Read(dwCount, phServer, dwTransactionID, pdwCancelID, ppErrors,) 以異步方式讀取OPCGroup內(nèi)的OPCItem(s)的值，值會在讀取硬件的動作結(jié)束后以callback的形式傳回；
HRESULT SetState(pRequestedUpdateRate, pRevisedUpdateRate, pActive, pTimeBias, pPercentDeadband, pLCID, phClientGroup)設(shè)定OPCGroup的狀態(tài)信息 ；
HRESULT Write(dwCount, phServer, pItemValues, dwTransactionID, pdwCancelID, ppErrors)以異步方式將值寫入OPCGroup內(nèi)的OPCItem(s)；
HRESULT Cancel2 (dwCancelID) 取消前一次的異步讀取/寫入；
HRESULT Refresh2(dwSource, dwTransactionID, pdwCancelID) 更新 OPCGroup 內(nèi) OPCItem(s) 的值；
HRESULT SetEnable(bEnable) 將 OPCGroup 設(shè)為 Enable；
HRESULT GetEnable(pbEnable) 傳回 OPCGroup 是否為 Enable；　　
中控室實時監(jiān)測界面見圖3所示。



4 結(jié)束語
根據(jù)當前對石化儲罐區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)水平的現(xiàn)狀分析來看，本石化儲罐區(qū)安防監(jiān)控系統(tǒng)對安全參數(shù)監(jiān)測的準確程度、固定滅火裝置的聯(lián)動及時性、應(yīng)急處置措施的合理性、系統(tǒng)無故障工作時間、系統(tǒng)運行成本等各方面指標已滿足消防安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要求，由于WinCon8000先進的硬件架構(gòu)，泓格公司又提供的基于WinCE的解決方案，使得安防監(jiān)控系統(tǒng)開時間短、易于集成、可靠性較高等特性。
作為融匯了IPC和PLC的優(yōu)點，同時內(nèi)嵌WinCE操作系統(tǒng)的WinCon8000控制器，由于其標準的信息架構(gòu)，再加上驅(qū)動I/O信號的能力，再加上其標準性、開放性、可互操作性、可移植性，WinCE Based的WinCon8000控制器將在基于Web的現(xiàn)場級的控制發(fā)揮關(guān)鍵性的角色，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V泛。