DCS数据采集技术.docx
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DCS数据采集技术
DCS数据采集技术
第五章DCS数据采集技术10页1.6万字
目前各种I/O设备提供的对外数据接口可分为以下几类:
1,数字通讯接口,包括串口类,以太网（TCP/IP协议）类,现场总线类,仪器总线类
通讯接口（如GPIB等）.
2,模拟量通道输出,设备直接提供4-20mA,1-5V或继电器接点信号等.
力控具有世界上大部分主流设备的I/O接口程序,对GPIB总线以及Honeywell,
Yokogawa,Foxboro,Fisher-Rosemount等厂家的DCS也能够支持.
除通常意义上的数据采集外,力控可以利用采集到的实时数据对装置进行实时建模,
插入力控自己的先进控制控件,实施先进控制.
5.1对一个设备上的数据定义不同的采集周期
如果一台设备上有1000个实时数据需要采集,而在这1000个数据中只有10个是经常
刷新且需要密切监视的,其余990个全部是辅助数据,但是也需要时常查看.如果把这1000
个数据同等地对待,采用统一的扫描周期进行采集,就会严重影响10个重要数据的刷新速
度.怎样既保证1000个数据都能够采集,又确保这10个重要数据的采集速度呢有两种
办法:
办法1:
为一个设备定义两个逻辑设备,使其具有不同的采集周期,如图5-1所示.
但是这种方法定义的最长扫描周期为10分钟.
办法2:
不用上面的办法,一台设备只定义一个设备名称也可以达到要求.因为力控的I/O
驱动对画面中不显示而且没有组态历史趋势和报警的数据是不采集的,仅当画面中显示这个
数据时才进行采集.因此将不常用的数据单独组态在一个或几个画面中,使用完毕马上关闭
就不会影响整个采集速度.这种方法适用于存在有大量不需要快速更新的数据的情况.
图5-1
5.2合理设置扫描周期,避免引起设备死机
有些I/O设备内部只有一个CPU,同时负责数据通讯和计算,如果在力控上设置的数
据扫描周期太快容易使设备死机,因此在设置这一参数时应该慎重,最好通过多次试验确定
一个合适的扫描周期.一般的串口设备的扫描周期可设在10-100毫秒之间.
5.3通过拨号方式与I/O设备通讯
数据库DB没有启动时,单独启动I/O驱动可
以作为本地I/O设备调试工具使用.此时可以
测试计算机与I/O设备的通讯情况,摸索最佳
的扫描周期.
菜单"设置[S]/参数"用来规定I/O通讯
过程中是否显示计算机发出和设备响应的通
讯信息.如图5-3所示.
菜单"工具[T]/工具"用来在不启动实时
数据库及其数据连接项的情况下执行与I/O
设备的通讯.弹出对话框如图5-5上部所示.此
时可以按"参数设置"按钮设置通讯参数,如
图5-6和5-7所示,主要是设置串口的DCB参
数,IP地址等.
图5-2
图5-3图5-4
正确设置参数后,按"连接设备"按钮,如
果成功的话,"连接设备"按钮的标
题变成"断开连接",表示可以收发
数据了.如果在"参数设置"中设置
"周期性发送周期"不为0,则在"连
接设备"后会出现"周期发送"按钮,
否则出现"手动发送"按钮.使用"
周期发送"或"手动发送"按钮,可以
周期性或一次性地发送编辑框中
的数据了.
编辑框中数据的格式缺省是
混合方式的,如果你想发送编辑框
中的数据,这也是唯一的数据类型,
它的形成规则如下:
任何ASCII码
（除'['）可以直接输入,'['可以使用
"[[]"来输入;"[]"内是由''（空格）分隔的转意字符,它们的意义为:
图5-5
'[':
用来输入'[';
2
'*':
在发送数据是表示延时1毫秒
图5-6
'#':
在发送数据是表示延时10毫秒
'$':
在发送数据是表示延时100毫秒
'!
':
在发送数据是表示延时1000毫秒
'\':
表示它后面的数据是十进制的（缺省是16进
制）
''（空格）:
作为分隔符,任何未定义的字符都可以
作为分隔符,最好使用空格.
0~9:
可以用来输入10进制或16进制数据.
A~F/a~f:
可以用来输入16进制数据.
例子:
abcv[[30*#$!
]345对应的16进制数据
串为:
61H,62H,63H,76H,5BH,30H,33H,34H,35H;而
且在30H之后有1111毫秒的延时.
当用在其它情况（不是用来发送数据）时,唯一
的差别是没有了延时的概念.
"其它工具":
校验使用混合格式的数据,计算常
用的校验码,ASCII码表显示使用16进制和
10进制显示的ASCII码表,各种数据转换把混合格式,16/32位整数,32位浮点数等转换位十
几种常用数据格式,除混合格式外,其它数据格式为直接用空格分隔的数据串
图5-7
5.6如何开发I/O设备驱动程序
在力控中有一个SDK工具包,叫做FIOSSDK,可以开发硬件设备与计算机的通讯接
口程序.最简单的只需要编写几个函数就可以可以做自己的I/O驱动,现在支持的硬件类型
有串口（RS485/232/422）,网络,板卡,硬件厂家提供DLL等多种方式的通讯类型.在该SDK
中开发自己的通讯接口,不需要关心硬件和计算机通讯的细节,只需要了解通讯协议就可以
了.
如果通讯协议很复杂,该SDK中提供了足够灵活的手段满足不同层次的需要.例如:
在设备初始化时发什么命令或做其他处理,动态改变硬件通讯参数等等.
5.6.1FIOS开发包简介
FIOS负责完成与各种I/O设备进行数据交换.一方面,它把从I/O设备采集到的实时
过程数据发送给数据库DB,另一方面,从DB发出的下置数据也通过FIOS发送给I/O设备.
根据监控PC与I/O设备之间通信机制的不同,FIOS主要支持两种工作方式:
同步方式
与异步方式.
异步方式适用以下一类I/O设备:
这类I/O设备一般可以独立运行,与监控计算机之间
通过串口,网络或MODEM连接.与监控计算机之间通过明确的消息传送（文本或二进制
消息）完成数据交换.数据交换过程为异步方式.
同步方式适用以下一类I/O设备:
这类I/O设备或者依赖PC运行（如:
插在PC插槽
内）,或者独立运行.但与监控计算机之间主要通过直接访问方式进行数据交换,具体形式
包括:
寄存器直接访问（如:
板卡）,API函数调用,ActiveX控件访问等.数据交换过程为
同步方式.
下面列举了FIOS可实现的一些基本功能:
底层通信功能:
1）,串口通信,包括:
RS232/422/485.2）,TCP/IP网络通信.3）,MODEM
3
通信,通过模拟MODEM在电话网上通信.4）,寄存器访问,如:
各种DAS板卡.5）,其
它.
链路控制功能:
用M代表Master,即上位机（监控PC工作站）;S代表Slaver,即下
位机（各种I/O设备）.对于异步方式,FIOS支持多种链路控制方式.链路控制方式支持以
下几种方式:
1）,M请求,S应答方式.2）,M请求,S无应答方式.3）,S主动发送,M
被动等待.另外,对一次完整数据处理（读或写）过程,支持以下方式:
1）,1次请求,0
次应答方式.2）,1次请求,1次应答方式.3）,1次请求,多次应答方式.4）,0次请求,1
次应答方式.5）,多次请求,多次应答方式.
冗余功能:
FIOS支持的冗余方式包括:
1）,单监控站,双I/O冗余.2）,双监控站,单
I/O冗余.3）,双监控站,双I/O冗余.4）,对于总线型设备（如RS485）,提供总线监测功
能,可实现对冗余通信网络的保护和监测.
前端机功能:
DB与IOServer不在同一工作站上,IOServer运行在前端机上,前端机
与操作站之间通过串口,TCP/IP网络或MODEM进行通信.
硬件测试与远程调试功能:
使用FIOS可完成对I/O设备的简单测试功能.另外可实现
远程调试.
故障诊断与恢复功能:
FIOS提供诊断机制,在较短的采集周期内报告故障的发生,诊
断出下位机故障情况.当下位机更换或恢复后,不需要对FIOS及相关程序进行任何人工干
预,而在较短时间自动恢复通信.当某一台,几台或部分通道发生故障,FIOS要自动优化
通信链,使其与其他下位机或通道之间的通信不受影响,保证通信效率.
界面显示功能:
为测试,调试,运行维护方便,FIOS提供显示界面,可显示包括:
发
送,应答,状态信息,启动时间,分包数,分包信息,成功通信次数（发送次数,成功应答
次）,故障次数等信息.
历史数据处理功能:
对于某些能保存历史数据的设备（如:
无纸记录仪等）,FIOS能将
采集到的历史数据恢复到数据库DB中.
5.6.2FIOSSDK编程方式
FIOSSDK提供了一种简洁的,面向对象的编程方式以缩短开发时间,降低开发难度.
FIOSSDK提供标准的开发接口和程序模板,程序员仅需要根据I/O设备的具体通信协
议或驱动接口说明,填写几个扫描函数的实现代码,进行必要的调试与测试,即可完成一种
FIOS的开发.
FIOS提供的开发工具封装了大部分程序员不必关心的技术环节,如:
底层通信功能（串
口通信,网络通信等）,设备超时处理,设备故障诊断等.同时FIOS提供各种调试工具,
方便程序员进行系统测试.
FIOS开发环境完全基于32位Windows平台.它使用动态链接库（DLL）技术将程序
员开发的代码整合到力控系统中.FIOS提供给程序员的开发接口为API函数和C++类库.
5.6.3FIOSSDK组件及示例程序
FIOSSDK主要由4部分组成:
设备组态接口（Iodevui）,数据连接组态接口（Ioitemui）,
编程接口Ioapi和描扫程序Ioscan.Iodevui:
负责管理设备组态过程.Ioitemui:
负责管理数据
连接组态过程.Ioapi:
负责完成与I/O设备间的数据交换,包括:
对通信协议的解析,数据
格式的转换等.Ioscan:
主要完成对Ioapi部分的dll代码进行周期性地扫描.同时完成与I/O
设备的底层通信（串口通信,网络通信等）,以及设备超时处理,设备故障诊断等.Ioscan
还负责与数据库DB之间的通信与协作.它把从I/O设备采集到的数据经Ioapi解析转换后
提交给DB,或将DB下置给I/O设备的数据经Ioapi解析转换后写入I/O设备.Ioscan是FIOS
SDK提供的一个标准软件工具.程序员仅需要开发Iodevui,Ioitemui,Ioapi三部分的代码.
示例程序
4
FIOSSDK提供了两个示例:
DemoController与DemoModbus.
DemoController是一个初级编程示例,它能引导初学者快速掌握开发FIOS的基本概念
和方法.DemoModbus是一个实用编程示例,它采用标准MODBUS通信协议,通过该示例,
可以掌握在力控平台上开发标准MODBUS设备I/O驱动程序的方法.
FIOSSDK的全部内容都是在安装在力控自动安装的,在力控目录下的子目录Fiossdk
中.FIOSSDK主要包含以下几部分内容:
Examples,程序示例,仿真程序.Include,头文
件.Manual,文档说明.Utility,调试工具.
这2个示例具有一定的代表性,它们体现了FIOSSDK的主要功能.FIOSSDK提供了
这2个示例的全部源代码,在它们的基础上,稍做改动,就可以开发出新的FIOS.我们把
象这2个示例源程序一样具有模板作用的程序称为I/O模板程序.为了提高开发效率,我们
建议尽量使用I/O模板程序,这在一定程度上,也减少,降低了编程错误的发生.
常用术语
我们把FIOSDK中经常涉及的一些概念给出定义,有些术语虽然是通用名词,但在
FIOSDK中有特定含义.这些术语有一些在前文给出了解释,有一些会在后文中陆续给出解
释.
FIOSForceControlI/OServer,即力控I/O驱动程序
FIOSSDKFIOS软件开发工具包
FCINSTDIR力控软件系统的安装目录
FCAPPINSTDIR用力控创建的工程应用的目录
IOID唯一区别各个I/O驱动程序的I/O标志
Iodevui设备组态接口
Ioitemui数据连接组态接口
Ioapi编程接口
Ioscan扫描程序
I/O模板程序FIOS工SDK附带示例的源程序
I/O配置文件设备组态时的缺省参数设置保存文件
连接项结构保存数据连接信息的数据结构IOITEMDEF
I/O描述文件定义设备的类别,厂商,型号,通信方式等参数的文本文件Iodesc.txt
程序员在本文档范围内专指用FIOSSDK进行开发的技术人员
扫描函数包含在Ioapi中的API函数,它们由扫描程序周期扫描.扫描函数完成
对设备数据解析及格式转换
IOCInputOutputClass（输入输出类库）的缩写.
5.6.4设备组态接口IODEVUI.DLL
I/O描述文件
在使用力控进行组态时,一般均涉及定义I/O设备的过程.在定义设备时,要选择设
备的类别（PLC,智能仪表等）,厂商,设备型号或通信协议,然后根据设备通信方式（串
口方式,网络方式,其它方式等）设置参数.以上关于一种设备的信息（类别,厂商,型号,
通信方式等）完全是由I/O描述文件决定的.I/O描述文件是一个标准文本文件,根据其规
定的填写格式,由程序员根据具体设备自行填写.下面介绍I/O描述文件的填写格式.
I/O描述文件的文件名为IODESC.TXT,安装目录为:
"FCINSTDIR\IOServers\IOID\".
IO文件说明格式为:
类别;厂商或IO程序描述;执行文件名称
5
子类型1;类型号;资源标志;提供设备地址
子类型2;类型号;资源标志;提供设备地址
......
注意,子类型号不能重复.表示回车换行.最上面一行是驱动程序的总体描述,
包括三项.各项之间必须以分号";"分隔.各项内容不能含有分号";".
各项含义如下:
类别,驱动程序所属类别,现分为以下几类:
PLC,智能仪表,智能模
块,变频器.程序员也可以自行扩展.厂商或IO程序描述,I/O设备生产厂商名称,协议
名称,如西门子.执行文件名称,I/O驱动程序（运行程序）的名称,如opto_drv.exe
接下来几行为驱动程序所包含的设备类型的描述,如西门子包括S5,S7等,每一子类别一
行,每行包括三项,各项之间必须以分号";"分隔.各项内容不能含有分号";".各项含义
如下:
子类型,设备类型描述.如S5.类型号,设备类型编号,类型号不能重复.合法的
值为0,1,2,3等.使用计算机资源,使用计算机何种通信资源通信,合法的值为0,1,
2等.含义如下:
0,同步通信方式;1,串口通信方式;2,TCP/IP网络通信方式;3,MODEM
通信方式;4,板卡方式;5,并口通信方式.提供设备地址:
1表示需要指定设备地址,否则
表示不需要设备地址.
管理程序会自动将相同厂商或IO程序描述相同的驱动程序归为同一树下.
开发Iodevui
力控组态环境DRAW中的设备管理功能提供了一个根据I/O描述文件可灵活配置的标
准设备组态接口.这个组态接口提供了一些对常用设备参数进行设置的方法.如:
设备名称,
设备地址,通信端口,端口参数等.如下图所示:
对于很多设备,如果标准设备组态接口能够满足要求,就不再需要自己编写Iodevui接
口程序了.比如示例DemoController采用的就是标准设备组态接口.而示例DemoModbus
因为涉及一些特殊的参数设置,就需要自己编写Iodevui接口程序了.
因此,Iodevui接口程序实际上就是对标准设备组态接口的一个补充和扩展,并可由程
序员灵活控制.Iodevui要以DLL形式提供.该DLL必须是MFC扩展DLL.该DLL的缺
省文件名称为IODEVUI.DLL,该文件必须安装在目录"FCINSTDIR\IOServers\IOID\"下.
在进行设备组态时,力控的I/O设备管理程序会自动检查在目录"FCINSTDIR\IO
Servers\IOID\"下是否存在IODEVUI.DLL文件.如果存在,则首先根据I/O描述文件的格式,
调出标准设备组态接口界面,当用户确认后,再调出Iodevui组态接口界面;若不存在该文
件,则只调出标准设备组态接口界面.
示例DemoModbus的Iodevui接口程序可以做为开发Iodevui的模板程序.我们结合示
例DemoModbus的Iodevui模板程序具体解释实现过程.查看头文件Iodevui.h可以发现,
Iodevui.dll主要实现3个输出函数:
6
extern"C"AFX_EXT_APIlongAddIoDev（constchar*szDeviceName,intnType）;
extern"C"AFX_EXT_APIlongModIoDev（constchar*szDeviceName）;
extern"C"AFX_EXT_APIlongDelIoDev（constchar*szDeviceName）;
在进行设备组态时,当增加一个设备时,力控设备管理程序会自动调用AddIoDev（）函
数;当修改一个已创建设备时会调用ModIoDev（）函数;当删除一个设备时会调用DelIoDev（）
函数.
其中,参数szDeviceName为I/O设备名称（输入值,组态时由用户指定）.nType为设
备子类型号,由程序员在I/O描述文件中指定.返回值为0表示操作成功;其它表示操作失
败.为了较好地实现程序结构化,本模板程序提供了一个CDevMan类对设备及组态操作过
程进行管理.Iodevui.dll的3个输出函数AddIoDev（）,ModIoDev（）DelIoDev（）的具体实现过
程是在CDevMan的三个成员函数Add（）,Mod（）和Del（）中实现的.
首先看一下Add（）的实现代码:
//**********************************************************************
//添加I/O设备
//szDeviceName,设备名称（输入值）
//nType,设备子类型（用于一个驱动程序驱动多种类型设备）（输入值）
//返回值说明:
0,操作成功;其它,操作失败
//**********************************************************************
longCDevMan:
:
Add（constchar*szDeviceName,intnType）
{
if（Find（szDeviceName））
{
AfxMessageBox（"该数据源名已经存在!
"）;
return-1;
}
CDevice*pDev=newCDevice（szDeviceName,nType）;
if（CallDialog（pDev））
{
m_list.AddTail（pDev）;
Store（）;
return0;
}
else
deletepDev;
return-1;
}
程序的一开始,调用Find（）函数来查找是否已有相同的设备名存在,如果有给出提示并
返回-1表示操作失败,否则生成一个CDevice对象并调用CallDialog函数来显示一个对话框,
让用户做进一步的选择,如果用户进行确认,操作成功,它把此CDevice对象加入设备链表
中,并调用Store函数来保存设备信息.另外两个函数和它类似.
Store（）函数如下:
voidCDevMan:
:
Store（）
{
CFilefile;
7
if（file.Open（（constchar*）（"ddeacc.dat"）,CFile:
:
modeReadWrite|CFile:
:
modeCreate））
{
CArchivear（&file,CArchive:
:
store）;
Serialize（ar）;
ar.Close（）;
file.Close（）;
}
}
该函数它先打开ddeacc.dat文件,如果不存在,就建立此文件.然后调用序列化函数对
它进行保存,最后关闭此文件.再看一看序列化函数:
voidCDevMan:
:
Serialize（CArchive&ar）
{
TRY
{
CObject:
:
Serialize（ar）;
m_list.Serialize（ar）;
}
CATCH（CFileException,e）
{
AfxMessageBox（"文件版本不匹配!
"）;
}
END_CATCH
}
该函数对m_list（由CDevice类实例组成）进行序列化.在调用各个CDevice类实例的
序列化函数时,如果是读取操作,会依次创建CDevice实例,并调用CDevice的序列化函数,
随后把CDevice实例加入m_list链表.具体保存和读取的变量数据在CDevice类中控制,也
就是说程序员针对不同的设备可以改写CDevice类,定义不同的成员变量,记录设备的不同
的属性,对CDevice类重载Serialize即可实现设备的保存,加载,增加,删除和修改等功能.
我们再看一下CDevice类序列化的实现过程:
voidCDevice:
:
Serialize（CArchive&ar）
{
if（ar.IsStoring（））
{
ar<ar<>m_csName;
ar>>m_dwData;
}
}
如果是保存操作,序列化函数会将参数自动存盘;如果是读取操作,序列化函数会从磁
盘上读取参数值.
8
察看CallDialog函数可以发现,它生成了一个对话框,让用户做相应的选择,然后把用
户选择的信息保存在CDevice类的成员函数中,以便于储存.
整个程序框架使用CDevice类来保存设备的信息.在CallDialog函数中使用一个对话框,
来让用户进行选择设备的属性,并且在CallDialog函数中把它保存在CDevice类中.所以对
于一个新的设备,程序员所要做的工作就是,分析设备的协议查看是否仅使用描述文件就可
以完成设备的定义,如果不能,那么应该编制IoDevUi.dll.这时应分析应该增加哪一些属
性,定义哪一些CDevice类的成员变量,以及显示什么样的对话框,让用户做什么样的选择.
所以程序员的工作重点在于修改CDevice类,增加成选变量,并重载它的Serialize函数,然
后修改对话框,让用户做不同的选择,并把选择保存在CDevice类的成员变量中即可.
在该示例中,我们定义了2个设备参数:
CStringm_csName;//设备的名称
DWORDm_dwData;//用于保存数据
这样只需在对话框中对m_csName和m_dwData赋值即可.
//*************
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