摘 要:介紹了以可編程控制器(PLC)為核心的遠程自動監(jiān)測系統(tǒng)的研究及相關設計；分析了微機與MODEM間速度匹配的實現(xiàn)、數(shù)據(jù)通訊設計；討論了方案實施時的系統(tǒng)抗干擾問題。
關鍵詞:遠程；通訊；PLC；監(jiān)測
一、遠程實現(xiàn)上位PC與下位PLC間的聯(lián)系
遠程水質、空氣質量自動系統(tǒng)能對遠程監(jiān)測點進行實時監(jiān)測。由于這種系統(tǒng)要經(jīng)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(tǒng)的穩(wěn)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(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)中,往往需要將距控制中心幾千米甚至數(shù)百千米以外的下位機采集到的在線數(shù)據(jù)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(wèi)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(shù)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(shù)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(shù)字信號。
系統(tǒng)是以PLC為核心、可脫機的電話通訊的方式實現(xiàn)的。在該系統(tǒng)中,一方面,下位機的數(shù)據(jù)采集終端必須要將采集到的各種在線數(shù)據(jù)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(fā)到各下位機。而完成這兩方面功能的關鍵在于數(shù)據(jù)通訊。
一般來說監(jiān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(wǎng)(PSTN)采用異步MODE撥號方式進行數(shù)據(jù)通訊。
以PLC為核心的計算機通信系統(tǒng)需要考慮的問題主要是硬件配置。通訊協(xié)議的選取及實現(xiàn)、特定操作系統(tǒng)下通訊程序的編制等。該系統(tǒng)結構,如圖1所示.
圖1 系統(tǒng)結構圖
上位機以特定的通訊協(xié)議與下位機傳送信息、 由上位機進行數(shù)據(jù)處理,以Koyo SZ-4的 PLC 為例,通訊協(xié)議采用CCM協(xié)議,方法如圖2示。
圖2 通訊方法
二、遠程數(shù)據(jù)通訊的設計與實現(xiàn)
在計算機通訊領域中MODEM主要是用以延伸計算機數(shù)字信號傳輸?shù)木嚯x。MOEDM將計算機送來的數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(xiàn)異常中斷的現(xiàn)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(fā)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(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)來說,由于底層通訊模塊提供了線路狀態(tài)的實時監(jiān)測及自動重連的功能,能在線路連通期間實時監(jiān)測線路狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)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(tǒng)的可靠性和靈活性。
由于應用了底層通訊模塊(即線路狀態(tài)監(jiān)測和線路控制應用程序接口)開發(fā)基于異步MOEDM的遠程數(shù)據(jù)(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(tǒng)中的數(shù)據(jù)自動通訊功能。
三、監(jiān)測系統(tǒng)
SZ-4系列的PLC在監(jiān)測系統(tǒng)中利用各種數(shù)字量及模擬量模塊完成實時數(shù)據(jù)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(xiàn)場的傳感器連接。 PLC的各種優(yōu)點對一個監(jiān)測系統(tǒng)是重要的,但PLC作為一種控制設備,用它單獨構成一個監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)據(jù),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(jiān)測應用軟件的編程選用C語言,同時可選擇相應的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),對系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)采集及聲光報警輸出等。
數(shù)據(jù)通訊模塊完成PLC與微機間數(shù)據(jù)和命令的傳遞,并利用程序將得到的數(shù)據(jù)按系統(tǒng)要求的格式轉換成各種變量。
在硬件配置與安裝上,系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(tǒng)的抗干擾性能。
四、結論
通過調制解調器進行遠程數(shù)據(jù)通訊的結構是合理的,系統(tǒng)總體方案是可行的。由于通訊模塊獨立,給系統(tǒng)的通用性和可擴充性創(chuàng)造了有利條件。采用PLC為核心的遠程自動監(jiān)測系統(tǒng),具有可靠性好、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)獲取準確,以及通訊過程控制方便等特點,經(jīng)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(tǒng)的設計與實現(xiàn)有一定的啟發(fā)。
