黃少榮 江旺庭 王玉海

（中核四O 四有限公司第四分公司）

隨著核科技的進(jìn)步與發(fā)展， 核工業(yè)在國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。筆者所在單位作為我國特大型核工業(yè)聯(lián)合企業(yè)及核技術(shù)生產(chǎn)、科研基地，承擔(dān)著核燃料生產(chǎn)、后處理及核設(shè)施退役治理等重大任務(wù)。 由于排風(fēng)系統(tǒng)對安全生產(chǎn)較為重要， 因此在核燃料工藝生產(chǎn)設(shè)計和技術(shù)改造中， 對它有效運(yùn)行的要求日益嚴(yán)格。

排風(fēng)系統(tǒng)按其作用范圍可以分為局部排風(fēng)系統(tǒng)和全面排風(fēng)系統(tǒng)。 某子項(xiàng)排風(fēng)系統(tǒng)包括局排1～7 和全排1～4，共有21 臺風(fēng)機(jī)。 該系統(tǒng)出廠設(shè)計時只將每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)量與風(fēng)壓變量按要求在觸摸屏上進(jìn)行編程，變量共有42 個。 后來因生產(chǎn)需求發(fā)生變化，要求在觸摸屏上額外增加過濾器壓差、風(fēng)機(jī)軸溫等變量，變量由原來的42 個擴(kuò)展至78 個， 但由于PQ20 橋接模塊的內(nèi)存相對較小，無法在原有變量傳輸基礎(chǔ)上增加變量傳輸數(shù)量。 為此筆者基于節(jié)約生產(chǎn)成本和改進(jìn)設(shè)計的考慮，重新設(shè)計并編程完成了觸摸屏傳輸變量個數(shù)的擴(kuò)展，最終實(shí)現(xiàn)了排風(fēng)系統(tǒng)控制功能的優(yōu)化改進(jìn)。

1 系統(tǒng)組成

該子項(xiàng)排風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)場使用的是ABB AC800F控制器和施耐德公司生產(chǎn)的XBTGT5330 觸摸屏，通過編寫軟件程序來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和觸摸屏的監(jiān)控。

1.1 硬件實(shí)現(xiàn)

ABB AC800F 控制器通過Profibus-DP 總線與CI801 通信模塊、S800I/O 模塊和PQ20 橋接模塊構(gòu)成現(xiàn)場總線系統(tǒng)，AC800F 控制器作為Profibus-DP 總線的主設(shè)備，CI801 通信模塊與PQ20 橋接模塊作為Profibus-DP 總線的從設(shè)備進(jìn)行總線通信，PQ20 橋接模塊通過RS485 串行總線與觸摸屏連接。

整個控制系統(tǒng)如圖1 所示。

1.1.1 PQ20 橋接模塊

PQ20 橋接模塊具有Profibus-DP 和RS485 通信功能，可實(shí)現(xiàn)觸摸屏與主站的通信，采用對觸摸屏RAM 區(qū)域的固定映射方式完成通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換。 它的輸入/輸出各為180Bytes 內(nèi)任意長度字符，采用串行總線RS232、RS485 和應(yīng)用系統(tǒng)連接， 本子項(xiàng)中選擇與觸摸屏的通信方式為RS485。撥碼開關(guān)用于設(shè)置PQ20 橋接模塊從站地址，通過設(shè)置確定它在控制系統(tǒng)里的唯一地址。

PQ20 橋接模塊作為從設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備類似，具有4 個存儲區(qū)，具體見表1。

1.1.2 觸摸屏功能實(shí)現(xiàn)

觸摸屏采用了Magelis 圖形終端XBT GT 產(chǎn)品，支持Java 腳本語言，支持多串口同時與不同的控制器進(jìn)行通信， 支持Web server 遠(yuǎn)程監(jiān)控，支持Modbus Slave RTU（TCP/IP）［1］，支持在線通信診斷，支持在線通信參數(shù)修改。

圖1 控制系統(tǒng)示意圖

表1 PQ20 橋接模塊存儲區(qū)

1.2 軟件設(shè)計

ABB AC800F 控制器使用的是Control Build F 組態(tài)軟件， 通過FBD 功能塊實(shí)現(xiàn)組態(tài)編程；觸摸屏使用的是開發(fā)軟件Vijeo Designer，以Java 腳本語言為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)編程。

1.3 AC800F 控制器和觸摸屏通信過程的實(shí)現(xiàn)

通過PQ20 橋接模塊的設(shè)置軟件設(shè)置PQ20橋接模塊存儲區(qū)域的變量地址，設(shè)置完成后生成GSD 文件， 將此GSD 文件導(dǎo)入AC800F 控制器Control Build F 組態(tài)軟件， 在組態(tài)軟件中即可添加PQ20 橋接模塊硬件和相應(yīng)的資源，通過變量組態(tài)即可實(shí)現(xiàn)對PQ20 橋接模塊地址的讀寫功能［2，3］。

觸摸屏的Java 腳本語言通過直接設(shè)置外部變量的地址， 即可實(shí)現(xiàn)對PQ20 橋接模塊地址的讀寫功能。

2 實(shí)現(xiàn)過程

2.1 設(shè)計思路

2.1.1 原理分析

風(fēng)量、風(fēng)壓、過濾器壓差及風(fēng)機(jī)軸溫等都是整型變量， 從現(xiàn)場傳輸?shù)紸C800F 控制器處理后再傳輸至觸摸屏，這些變量對于觸摸屏來說是輸入變量，傳輸上限為50 個，而實(shí)際應(yīng)用中總共需要傳輸這類變量78 個， 必須通過重新編寫程序來滿足要求。

2.1.2 變量處理設(shè)計

不論是將變量傳輸給觸摸屏還是從觸摸屏上讀取變量，這些變量在ABB 程序和觸摸屏程序中都采用一個變量對應(yīng)一個地址的方法進(jìn)行讀寫，在地址夠用的情況下用上述方法使得變量的讀寫不會出現(xiàn)錯誤，精確無誤。 但是在地址不夠用的情況下， 要想把這些變量全部顯示出來，只有改變原來一對一的思路，采用一個地址傳輸多個變量，多個變量輪流占用一個地址的方法解決地址不夠的問題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，有的變量必須單獨(dú)使用一個地址來傳輸，例如報警類變量，這些變量需要實(shí)時監(jiān)控，出現(xiàn)問題及時處理，以免造成設(shè)備損壞并導(dǎo)致危險產(chǎn)生；而有的變量在短時間內(nèi)不會發(fā)生很大的變化，對生產(chǎn)和設(shè)備也不會造成很大的影響，可以不需要實(shí)時監(jiān)控，所以就可以和其他同類變量用一個地址進(jìn)行傳輸。

就該排風(fēng)系統(tǒng)而言，由于風(fēng)量一直在不停的變化且需要實(shí)時監(jiān)控， 所以21 個風(fēng)量變量需要單獨(dú)使用一個地址進(jìn)行傳輸，而風(fēng)壓、過濾器壓差、軸溫這些變量短時間內(nèi)變化不大且不需要實(shí)時監(jiān)控，所以可以通過公用地址進(jìn)行傳輸，共有57 個變量需要公用地址。

2.2 實(shí)施過程

2.2.1 MUX 功能塊

ABB 程序塊中，MUX 功能塊的第1 個輸入為選擇變量，總是INT 數(shù)據(jù)類型，根據(jù)第1 個輸入變量的值，可以選擇其后的某個輸入上的變量傳遞到輸出上，如果第1 個輸入變量的值為1，則選擇第2 個輸入引腳上的變量 （第1 個選擇值）傳遞到輸出引腳上，以此類推，最多可以從10 個變量中選擇1 個傳遞到輸出端。

除第1 個輸入引腳為INT 型外，后面幾個作為選擇值輸出的輸入引腳和輸出引腳的數(shù)據(jù)類型 一 致， 可 以 是REAL、BOOL、WORD、UINT、UDINT、DINT、INT、TIME 或 字 符 串 數(shù) 據(jù) 類 型（STR8～STR256）。MUX 功能塊的輸入引腳和輸出引腳的數(shù)據(jù)類型必須一致，在數(shù)據(jù)類型一致的情況下可以用1 個地址進(jìn)行傳輸。

2.2.2 變量分組

在該排風(fēng)系統(tǒng)中，風(fēng)壓變量的量程是-1 000～2 300Pa，過濾器壓差的量程是-3 000～0Pa，故這兩類變量需要用INT 型進(jìn)行傳輸。 而對于軸溫來說，其量程是0～850℃，數(shù)值均為正數(shù)，故用UINT型進(jìn)行傳輸。 總共有57 個變量需要公用地址，為了不使MUX 功能塊循環(huán)時間太長并同時滿足觸摸屏地址個數(shù)的要求， 所以使用11 個地址傳輸這57 個變量，其中的9 個地址，每個地址可傳輸5 個變量，剩下的2 個地址，每個地址傳輸6 個變量，即可滿足使用要求。

2.2.3 流程設(shè)計

一般情況下，ABB 系統(tǒng)接收現(xiàn)場儀表傳輸過來的信號，通過AC800F 控制器進(jìn)行運(yùn)算，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸至觸摸屏進(jìn)行顯示。 由于觸摸屏地址不夠用， 因此觸摸屏需要哪一組數(shù)據(jù)，ABB 系統(tǒng)就響應(yīng)觸摸屏并將它所需要的那組數(shù)據(jù)傳給觸摸屏。

圖2 地址重復(fù)使用流程

地址重復(fù)使用流程如圖2 所示，在觸摸屏中設(shè)一個選擇變量，通過編寫腳本語言，使選擇變量初始化為1，傳輸給ABB 系統(tǒng)將整個程序激活并循環(huán)起來。 在程序中根據(jù)選擇變量的值確定傳輸哪一組數(shù)據(jù)。 例如， 選擇變量為1 時傳輸?shù)?組數(shù)據(jù)，為2 時傳輸?shù)? 組數(shù)據(jù)，以此類推下去，同時在觸摸屏上通過Switch-case 語句，根據(jù)選擇變量的值確定讀取哪一組數(shù)據(jù)，當(dāng)需要讀取的數(shù)據(jù)讀完之后，選擇變量加1，并將選擇變量傳輸給ABB 系統(tǒng)，ABB 系統(tǒng)執(zhí)行傳輸下一組數(shù)據(jù)， 當(dāng)選擇變量的值大于所需傳輸?shù)慕M數(shù)時將選擇變量置為1，如此循環(huán)，不僅可以實(shí)現(xiàn)批量傳輸數(shù)據(jù)，而且實(shí)現(xiàn)了地址重復(fù)使用，傳輸多個變量。

2.3 程序設(shè)計

2.3.1 ABB 程序

根據(jù)MUX 功能塊的說明和地址重復(fù)使用流程的描述與設(shè)計，筆者設(shè)計的ABB 程序如圖3 所示。

圖3 ABB 程序

在上述ABB 程序中，SV 為選擇變量，通過觸摸屏的腳本語言程序，SV 被賦值為1， 整個程序激活。 當(dāng)SV 為1 時，將MUX 功能塊第2 個輸入引腳上的變量（第1 個選擇值）傳遞到輸出引腳，即第1 組數(shù)據(jù)傳輸至地址A1～A11 中， 并等待觸摸屏讀取該組數(shù)據(jù)，觸摸屏讀取完畢后根據(jù)腳本語言SV 會加1，即SV 此時為2，這時第2 組數(shù)據(jù)傳輸?shù)紸1～A11 地址中， 并等待觸摸屏讀取該組數(shù)據(jù)， 觸摸屏讀取完畢后根據(jù)腳本語言SV 會加1，即SV 此時為3，以此類推，直到讀完所有的數(shù)。當(dāng)所有數(shù)據(jù)都讀完后， 根據(jù)if 語句進(jìn)行判斷，SV重新被賦值為1， 開始下一輪循環(huán)， 如此循環(huán)下去，就可以滿足現(xiàn)場工藝要求。

2.3.2 觸摸屏編程

觸摸屏上的腳本程序主要是通過內(nèi)部變量cent 激活A(yù)BB 程序上的選擇變量SV， 然后開始根據(jù)選擇變量依次讀取每一組變量。 應(yīng)用程序腳本1 如下：

2.3.3 ABB 程序和觸摸屏功能同步的實(shí)現(xiàn)

選擇變量的初始化是通過觸摸屏的內(nèi)部變量cent 實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部變量cent 可以通過對話框?qū)⑵涑跏贾翟O(shè)定為1， 然后根據(jù)Java 腳本語言的getIntValue 語句給選擇變量SV 賦值， 選擇變量SV 被賦值后ABB 程序就會根據(jù)選擇變量SV 的值選擇相應(yīng)輸出，而由于觸摸屏的驅(qū)動程序配置中接收超時為1s，發(fā)送等待時間為5ms，所以為了不使數(shù)據(jù)傳輸混亂， 觸摸屏每次給SV 賦完值后都通過空循環(huán)語句等待1s，然后再執(zhí)行Switchcase 語句，讀取相應(yīng)的輸出組數(shù)值，讀完之后SV的值就加1，如此循環(huán)下去，使每一組變量的值輪流占用地址實(shí)現(xiàn)傳輸。

3 結(jié)束語

通過重新設(shè)計和編寫ABB 與觸摸屏程序，并將它應(yīng)用于核燃料工藝排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際操作驗(yàn)證，結(jié)果表明改進(jìn)后的系統(tǒng)滿足排風(fēng)專業(yè)的技術(shù)要求和生產(chǎn)需要。 經(jīng)連續(xù)多年運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定，未出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸混亂的情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了本程序設(shè)計的有效性和長期可靠性。 筆者的設(shè)計思想和方法不僅保證了排風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，而且也適用于解決同行業(yè)其他工藝崗位的同類問題，這不但節(jié)約了企業(yè)額外生產(chǎn)成本，還具有一定的工程應(yīng)用價值和推廣價值。