智能科技论文范文

　　在工业冶金、发电、供暧等行业，锅炉是必不可少的能源动力设备，其中，对锅炉汽包水位的实时测量与控制是整个控制系统的核心环节。汽包水位过高，将减少蒸汽重力分离行程，破坏汽水分离效果，恶化过热器的工作条件，严重时会引起汽轮机冲击，造成汽轮机转轴弯曲等恶性事故；水位过低时，锅炉水循环受到影响，炉膛内的水冷壁将面临爆管危险。因此，必须对水位进行精准、实时、高效的测量与控制。

　　摘要：智能监测系统集计算机技术、通信技术和仪表测控技术于一体，论文介绍了采用VisualC++6.0为开发工具和以SQLsever2000为数据库平台，通过串行接口进行通信的测控系统实现过程。作者提出了使用自由口通信的模式将工控机与西门子S7300系列PLC模块进行连接，实现现场传感器、PLC模块和工控机的相互通信，在此基础上开发了锅炉汽包水位的实时测量与在线控制软件，对锅炉汽包水位进行实时监测，并给出基于VC的上位机界面。

　　关键词：VisualC++6.0,串口通信,水位测量

　　在以往的系统中，由于安装工艺，测量设备和软件设计的不足，加上工况欠缺稳定，同一锅炉中汽包不同测量点的水位测量结果存在较大偏差，无形中加大了工人的劳动强度。在本设计中，采用双室平衡容器与差压变送器的两者配套使用来测量液位，变送器将传感器采集的压力参数转化为4～20mA的电流信号传输至PLC的模拟量输入模块，再通过上位机相关处理后在显示器上显示实时的水位情况。为实现汽包水位的自动调节，采用前馈串级控制设计，使用三冲量的调节机制，有效控制锅炉给水流量、蒸汽流量和炉膛热负荷等三要素对汽包水位的影响，防止虚假水位的产生。在本设计中，采用西门子S7300的系列的PLC，将工控机的RS232串口与PLC的编程接口连接起来进行通信，在VisualC++6.0的基础上，设计出在线监测的上位机软件，实现对汽包水位的实时、精准监控，确保汽包上各测量点偏差不超过±30mm。

　　1系统整体框架的设计

　　系统是一个将测控技术、通信技术和计算机技术结合在一起的智能测控系统，主要包括数据的采集、传输、处理和显示四部分，如图1所示。首先，传感器通过双室平衡容器正负压管采集压力，并将压力参数输出为差分小信号传送至智能变送器，变送器则对差分信号进行放大和数字处理，转换并输出4～20mA的电流信号，而配电隔离器则为变送器提供24V直流电源并隔离信号，消除外界信号的干扰。信号到达PLC模块，经过PLC模拟量输入模块的相关处理，转换为符合RS232标准电平的数字信号，PC上位机通过完全开放的自由口通信模式完成与PLC的串口通信，实现传感器到PC机的数据交互，从而完成对水位的实时测量。

　　2上位机软件的设计与实现

　　系统的上位机监测软件是基于VisualC++6.0的单文档（SID）的MFC应用程序开发的，系统主要分为通信模块，数据管理模块，界面设计模块等三个模块。

　　2.1串口通信设计与实现

　　实现上位机与S7300的通信有很多方法，常用的有Prodave通信、串口通信等。Prodave通信采用MPI的通信接口，因为MPI口是每块CPU的编程口，所以PLC不需要另外添加通讯模块，但MPI的速度是有限的，如果采用普通的PCAdapter连接PC和PLC，最高速度也就38.4kbps。本设计采用串口通信方式，只需另加CP340或者CP341串口通信模块，同时在PLC和上位机中分别对接收报文和发送报文进行相应的描述，报文格式相对自由，串口通信使用的数据线较少，在远距离通信中可以节约通信成本。

　　上位机界面采用VisualC++6.0软件工具进行编写，利用MSComm控件实现RS232串口编程。首先，在基于单文档应用程序中创建串口通信控件，若Control工具栏中缺少该控件，可通过菜单Project—>AddtoProject—>ComponentsandControl插入即可，再将该控件从工具箱中拉到对话框中。此时，只需要关心控件提供的对Windows通讯驱动程序的API函数的接口。换句话说，只需要设置和监视MSComm控件的属性和事件。如果计算机未安装VC++，用户的计算机没有注册MSCOMM32.OCX控件的情况下，用户是不能使用该控件的。此时，只能通过运行命令”regsvr32+控件的完整路径名”完成控件的注册，此处输入”regsvr32C：＼windows＼system32＼mscomm32.ocx”，点击确定即可完成注册。

　　本文采用事件驱动法来处理通信，当有新字符到达缓冲区或端口状态发生变化时，即使有错误发生，都会触发若串口的消息处理函数，进而调用GetCommEvent（）函数查看是哪类事件，再做出相应的处理。这种方法程序能够响应及时，可靠性较高。

　　2.1.1MSComm控件类参数初始化

　　MSComm控件类初始化时，在视图类的初始化函数OnInitUpdate（）中进行。其中串口号、波特率、校验方式、数据位等相关参数可以由用户按照实际情况自行设置。SetCommPort（n），将串口控件与指定的串口号相关联；SetInputMode（），设置接收数据的类型；SetSettings（str），设置串口的相关参数，str字符串内包括波特率、奇偶校验、数据位、停止位等串口参数信息；SetRThreshold（），设置是否产生串口事件；SetInputLen（），表示是否全部读取串口。

　　同时通过调用GetPortOpen（）方法判断串口是否已经打开，若处于关闭状态，则调用SetPortOpen（）方法，将串口打开。2.1.2发送串口数据

　　在发送数据时，需要在程序中调用串口控件类的成员函数SetOutput（）进行数据发送操作，数据在通过串口进行发送时或接收时，必须将数据类型强制统一转换为COleSafeArray类型，否则，数据将不能完整或安全地被发送或接收，并为发送数据按钮增加消息处理函数并添加相关处理代码，发送串口数据流程如图2所示。

　　2.1.3接收串口数据

　　在单当串口缓冲区中有数据到来时，该串口控件会产生串口事件，调用GetCommEvent（）函数获取当前发生的串口事件。为接收数据按钮增加相应的消息响应函数并添加相关代码。

　　if（mm.GetCommEvent（）==2）//若发生的串口事件是读取事件

　　{

　　variant=mm.GetInput（）；//则读取串口缓冲区

　　safearray=variant；//转换数据类型

　　len=safearray.GetOneDimSize（）；//获取有效数据的长度

　　for（longi=0；i{safearray.GetElement（&i，&rxdata[i]）；//将数据转换为CHAR型数组

　　str.Format（"%c"，rxdata）；//格式化输出字符串

　　}

　　2.2数据库设计

　　为方便对实时数据进行诊断和历史分析，该文把系统所采集到的数据保存到数据库中。设计中采用MFCODBC的方式访问数据库，VisualC++中提供的MFCODBC数据库类封装了ODBCAPI，这使得利用MFC来创建ODBC应用程序非常简便，避免了直接使用ODBCAPI要编写的大量代码，同时采用SQLServer2000作为上位机软件的数据库管理系统。在运行系统前，需添加数据源，首先，打开“开始”—“控制面板”—“管理工具”—“数据源（ODBC）”，在用户数据源列表的右边选择“添加”，出现创建新数据源对话框。双击SQLServer，打开对话框，输入数据源名称和选择SQLServer服务器，完成数据源的创建与配置工作。

　　2.3上位机软件界面设计

　　上位机软件是基于MFC的单文档应用程序，注意将该工程视图类的基类设置为CFormView类，可以实现可视化编程，在对话框资源中直接拖拽控件至对话框内，减少不必要的程序代码，简化工作量。在ResourceView的Dialog中为单文档添加相关的标签、按钮、编辑框等，并为编辑框创建相关成员变量，为按钮添加相应的消息响应函数，完成相应的函数功能，最后软件界面如图3。

　　3下位机软件实现

　　由于使用的是自由口通信协议实现PC机与PLC的通信，需要在下位机软件SIMATICSTEP7中利用梯形图编写相关的接收数据和发送数据的程序，并用中断来处理发送数据和接收数据之间的状态切换。在硬件组态中，除加入必要的导轨、电源、CPU、输入输出模块外，还需要为PLC添加一块串行通讯模块，在S7300中可以加放CP340或者CP341通讯模块，实现串口通信。在软件组态中，采用汽包水位三冲量前馈-反馈串级控制系统，调整电动执行机构的阀门开度，合理调节蒸汽流量、锅炉给水量和炉内燃烧量的变化，实现对水位的自动控制。

　　4结束语

　　本系统中运用VC++设计并实现了PC机与西门子系列PLC的通讯，使用MFC技术，灵活运用ActiveX的MSCOMM控件，实现了串口通信。同时，将系统采集的数据存入数据库，以备历史查询。系统充分利用计算机和PLC本身的资源实现了上位机对PLC的实时监控，而PLC作为下位机实现对现场工况的实时监控和有效控制，从而从最大限度上保证汽包中三个测量点数据相差不超过±30mm，确保测量结果的相对稳定，实现了对汽包水位的实时监测和有效控制。本系统而且还可以进行扩展，与多台PLC进行通信，简单、实用，具有较高的可靠性和安全性，降低了工人劳动强度，达到了预期的目标。

　　参考文献：

　　[1]胡超，闫玉宝.由浅入深学VisualC++：基础、进阶与必做300题[M].北京：电子工业出版社，2012.

　　[2]周韧研，商斌.VisualC++串口通信开发入门与编程实践[M].北京：电子工业出版社，2009.

　　[3]梁伟.VisualC++网络编程经典案例详解[M].北京：清华大学出版社，2010.

　　[4]吉顺平，孙承志，孙书芳，等.西门子现场总线通信原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2009.