發布日期：2022-07-14 點擊率：55
摘 要:介紹了以可編程控制器(PLC)為核心的遠程自動監測系統的研究及相關設計；分析了微機與MODEM間速度匹配的實現、數據通訊設計；討論了方案實施時的系統抗干擾問題。
關鍵詞:遠程；通訊；PLC；監測
一、遠程實現上位PC與下位PLC間的聯系
遠程水質、空氣質量自動系統能對遠程監測點進行實時監測。由于這種系統要經受通訊干擾、高溫等的影響,其工作條件十分惡劣,加上分機較多,有的又相距較遠,所以對整個系統的穩定性、可靠性和抗干擾能力都有較高的要求,特別是對其相互通道的可靠性、準確性要求更高。
在分布式數據采集與監測系統中,往往需要將距控制中心幾千米甚至數百千米以外的下位機采集到的在線數據實時地送給上位控制中心。這對于一般的計算機串行通訊口來說是無法完成的,必須采取模擬載波傳輸方式或者采用微波和衛星等無線傳輸方式,但從投資費用及性能價格比來看,大多數還是采用模擬載波傳輸方式,也就是說,通訊雙方須各接入一個專用設備——調制解調器(MODEM),它將PLC送來的數字信號調制成模擬信號在電話線上傳輸,并在接收端將模擬信號還原成數字信號。
系統是以PLC為核心、可脫機的電話通訊的方式實現的。在該系統中,一方面,下位機的數據采集終端必須要將采集到的各種在線數據準確、可靠、迅速地送到上位微機控制中心；另一方面,控制上位機的控制命令和調度命令必須準確無誤地下發到各下位機。而完成這兩方面功能的關鍵在于數據通訊。
一般來說監測設備和控制中心相距較近,可直接通過RS232接口或RS422接口進行數據通訊；當它們相距較遠時,可以輔設專用的通訊信道,采用異步 MODEM專線傳輸方式進行數據通訊。如果距離在幾千米甚至上萬米以上時,只得借助于公用電話網(PSTN)采用異步MODE撥號方式進行數據通訊。
以PLC為核心的計算機通信系統需要考慮的問題主要是硬件配置。通訊協議的選取及實現、特定操作系統下通訊程序的編制等。該系統結構,如圖1所示.
圖1 系統結構圖
上位機以特定的通訊協議與下位機傳送信息、 由上位機進行數據處理,以Koyo SZ-4的 PLC 為例,通訊協議采用CCM協議,方法如圖2示。
圖2 通訊方法
二、遠程數據通訊的設計與實現
在計算機通訊領域中MODEM主要是用以延伸計算機數字信號傳輸的距離。MOEDM將計算機送來的數字信號調制成載波信號(模擬信號),調制后的載波信號通過通訊信道送到控制中心,由上位MODEM將接收到的載波信號解調成數字信號,最后送給計算機處理。在上位PC和下位PLC之間要進行正常的數據通訊,必須首先建立通訊信道。如果PC-PLC之間距離較遠時,鋪設專用的通訊信道是不可能的,因此須借助公用電話網通過電話線路采用自動撥號的方式進行通訊,但線路會常常出現異常中斷的現象,通訊的可靠性較差。而一般的通訊軟件中難以切換線路,針對這種遠程通訊中存在的各種問題,并結合課題研究,成功地開發了一套通用的基于異步MODEM自動撥號方式的遠程通訊軟件模塊,其應用程序可方便靈活地調用。如圖3示。
圖3 通訊模塊流程圖
對于遠程數據通訊系統來說,由于底層通訊模塊提供了線路狀態的實時監測及自動重連的功能,能在線路連通期間實時監測線路狀態,一旦發現線路異常中斷,即可自動撥號進行重新連線,從而大大地提高了遠程通訊系統的可靠性和靈活性。
由于應用了底層通訊模塊(即線路狀態監測和線路控制應用程序接口)開發基于異步MOEDM的遠程數據(包括實時信息和非實時信息)通信軟件,很好地完成了該系統中的數據自動通訊功能。
三、監測系統
SZ-4系列的PLC在監測系統中利用各種數字量及模擬量模塊完成實時數據采樣、預警報信號檢測與報警輸出等,并通過各種變送器與現場的傳感器連接。 PLC的各種優點對一個監測系統是重要的,但PLC作為一種控制設備,用它單獨構成一個監測系統是有局限性的,主要是無法進行復雜運算、無法顯示各種復雜的實時圖形和保存大量數據,也較難顯示漢字,沒有良好的用戶界面。這些不足可用上位微機來彌補。上位機監測應用軟件的編程選用C語言,同時可選擇相應的數據庫系統,對系統的歷史數據進行處理。
下位機PLC采用梯形圖來編制程序。下位PLC軟件用來實現數據采集及聲光報警輸出等。
數據通訊模塊完成PLC與微機間數據和命令的傳遞,并利用程序將得到的數據按系統要求的格式轉換成各種變量。
在硬件配置與安裝上,系統交流電源使用雙層隔離,輸入信號光電隔離,提高信號噪聲比,遠離強電布線,模擬量信號和數字信號采用屏蔽線傳送,采用可靠接地等措施,有效地消除或減弱了外界信號干擾。
在軟件設計與編程上,加上一些抗干擾模塊,如采用軟件濾波技術,對一些重要模擬量參數進行延時判定,并進一步確認報警；在下位機通訊軟件設計中采用多種校驗措施,大大提高了系統的抗干擾性能。
四、結論
通過調制解調器進行遠程數據通訊的結構是合理的,系統總體方案是可行的。由于通訊模塊獨立,給系統的通用性和可擴充性創造了有利條件。采用PLC為核心的遠程自動監測系統,具有可靠性好、抗干擾能力強、數據獲取準確,以及通訊過程控制方便等特點,經實際使用,效果良好。同時,采用本方法設計的通訊程序可移植性好、維護和擴充方便,對同類系統的設計與實現有一定的啟發。
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