摘 要:介紹了以可編程控制器(PLC)為核心的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的研究及相關(guān)設(shè)計(jì)；分析了微機(jī)與MODEM間速度匹配的實(shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)；討論了方案實(shí)施時(shí)的系統(tǒng)抗干擾問題。

關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程；通訊；PLC；監(jiān)測

一、遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)上位PC與下位PLC間的聯(lián)系

遠(yuǎn)程水質(zhì)、空氣質(zhì)量自動(dòng)系統(tǒng)能對遠(yuǎn)程監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jī)較多,有的又相距較遠(yuǎn),所以對整個(gè)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(zhǔn)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(jī)采集到的在線數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地送給上位控制中心。這對于一般的計(jì)算機(jī)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(fèi)用及性能價(jià)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(gè)專用設(shè)備——調(diào)制解調(diào)器(MODEM),它將PLC送來的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)在電話線上傳輸,并在接收端將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。

系統(tǒng)是以PLC為核心、可脫機(jī)的電話通訊的方式實(shí)現(xiàn)的。在該系統(tǒng)中,一方面,下位機(jī)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(zhǔn)確、可靠、迅速地送到上位微機(jī)控制中心；另一方面,控制上位機(jī)的控制命令和調(diào)度命令必須準(zhǔn)確無誤地下發(fā)到各下位機(jī)。而完成這兩方面功能的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)通訊。

一般來說監(jiān)測設(shè)備和控制中心相距較近,可直接通過RS232接口或RS422接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；當(dāng)它們相距較遠(yuǎn)時(shí),可以輔設(shè)專用的通訊信道,采用異步 MODEM專線傳輸方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。如果距離在幾千米甚至上萬米以上時(shí),只得借助于公用電話網(wǎng)(PSTN)采用異步MODE撥號(hào)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

以PLC為核心的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)、特定操作系統(tǒng)下通訊程序的編制等。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

上位機(jī)以特定的通訊協(xié)議與下位機(jī)傳送信息、 由上位機(jī)進(jìn)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在計(jì)算機(jī)通訊領(lǐng)域中MODEM主要是用以延伸計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)木嚯x。MOEDM將計(jì)算機(jī)送來的數(shù)字信號(hào)調(diào)制成載波信號(hào)(模擬信號(hào)),調(diào)制后的載波信號(hào)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(hào)解調(diào)成數(shù)字信號(hào),最后送給計(jì)算機(jī)處理。在上位PC和下位PLC之間要進(jìn)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(yuǎn)時(shí),鋪設(shè)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(dòng)撥號(hào)的方式進(jìn)行通訊,但線路會(huì)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(yuǎn)程通訊中存在的各種問題,并結(jié)合課題研究,成功地開發(fā)了一套通用的基于異步MODEM自動(dòng)撥號(hào)方式的遠(yuǎn)程通訊軟件模塊,其應(yīng)用程序可方便靈活地調(diào)用。如圖3示。

圖3 通訊模塊流程圖

對于遠(yuǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)測及自動(dòng)重連的功能,能在線路連通期間實(shí)時(shí)監(jiān)測線路狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)線路異常中斷,即可自動(dòng)撥號(hào)進(jìn)行重新連線,從而大大地提高了遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

由于應(yīng)用了底層通訊模塊(即線路狀態(tài)監(jiān)測和線路控制應(yīng)用程序接口)開發(fā)基于異步MOEDM的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)(包括實(shí)時(shí)信息和非實(shí)時(shí)信息)通信軟件,很好地完成了該系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣、預(yù)警報(bào)信號(hào)檢測與報(bào)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(diǎn)對一個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)是重要的,但PLC作為一種控制設(shè)備,用它單獨(dú)構(gòu)成一個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)是有局限性的,主要是無法進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算、無法顯示各種復(fù)雜的實(shí)時(shí)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(jī)來彌補(bǔ)。上位機(jī)監(jiān)測應(yīng)用軟件的編程選用C語言,同時(shí)可選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),對系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

下位機(jī)PLC采用梯形圖來編制程序。下位PLC軟件用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及聲光報(bào)警輸出等。

數(shù)據(jù)通訊模塊完成PLC與微機(jī)間數(shù)據(jù)和命令的傳遞,并利用程序?qū)⒌玫降臄?shù)據(jù)按系統(tǒng)要求的格式轉(zhuǎn)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(hào)光電隔離,提高信號(hào)噪聲比,遠(yuǎn)離強(qiáng)電布線,模擬量信號(hào)和數(shù)字信號(hào)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(hào)干擾。

在軟件設(shè)計(jì)與編程上,加上一些抗干擾模塊,如采用軟件濾波技術(shù),對一些重要模擬量參數(shù)進(jìn)行延時(shí)判定,并進(jìn)一步確認(rèn)報(bào)警；在下位機(jī)通訊軟件設(shè)計(jì)中采用多種校驗(yàn)措施,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能。

四、結(jié)論

通過調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊的結(jié)構(gòu)是合理的,系統(tǒng)總體方案是可行的。由于通訊模塊獨(dú)立,給系統(tǒng)的通用性和可擴(kuò)充性創(chuàng)造了有利條件。采用PLC為核心的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),具有可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)獲取準(zhǔn)確,以及通訊過程控制方便等特點(diǎn),經(jīng)實(shí)際使用,效果良好。同時(shí),采用本方法設(shè)計(jì)的通訊程序可移植性好、維護(hù)和擴(kuò)充方便,對同類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)有一定的啟發(fā)。