基于PC微機(jī)與PLC實(shí)現(xiàn)水井電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引 言

在自來(lái)水生產(chǎn)企業(yè)，采水有一部分來(lái)自于遠(yuǎn)離廠區(qū)的取水井群，取水點(diǎn)往往無(wú)人值守，為了實(shí)現(xiàn)中控室值班人員對(duì)水井電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)和控制，為濟(jì)寧某自來(lái)水廠開發(fā)了這套遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。井群電動(dòng)機(jī)由松下FPlPLC控制，并由電壓、電流變送器采集現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用調(diào)制解調(diào)器與當(dāng)?shù)仉娫捑W(wǎng)互連。在中控室的微機(jī)上，水廠中央控制室的值班人員可以看到水井電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及電壓電流運(yùn)行參數(shù)，并可以直接控制水井電動(dòng)機(jī)的起停。

2 系統(tǒng)硬件配置及其功能

2．1 智能Modem

要實(shí)現(xiàn)PC微機(jī)與PLC的遠(yuǎn)程通信，兩地各采用一臺(tái)智能Modem，通過(guò)公用電話網(wǎng)連接起來(lái)。圖1所示為智能Modem的構(gòu)造框圖。智能Modem與普通Modem的主要區(qū)別是他內(nèi)部配

置了CPU，這使得智能Modem除了應(yīng)具有調(diào)制解調(diào)功能外，還增加了如下新功能：

（1）自動(dòng)撥號(hào)與自動(dòng)應(yīng)答功能。

（2）差錯(cuò)檢測(cè)與控制功能。

（3）流量控制功能。

（4）速度變換與協(xié)調(diào)功能。

（5）遙控功能。

（6）數(shù)據(jù)壓縮功能等 。

2．2 系統(tǒng)硬件連接及通信原理

進(jìn)行通信之前先將各設(shè)備正確連接，圖2給出連接示意圖。圖中為具有2個(gè)串口的FPl機(jī)型（該機(jī)型型號(hào)的后綴為C），他除了有一個(gè)RS422 EI可用于編程外，還帶有一個(gè)RS232 ，是直接通過(guò)RS232 無(wú)需適配器的通信方式。對(duì)于其他FPl機(jī)型，必須配備一個(gè)RS422／RS232轉(zhuǎn)換器（即適配器）。

計(jì)算機(jī)在通信軟件支持下可以使智能Modem（1）自動(dòng)撥號(hào)，呼叫對(duì)方，而對(duì)方的智能Modem（2）收到呼叫信號(hào)，能自動(dòng)應(yīng)答＼摘機(jī)，從而經(jīng)過(guò)電話交換機(jī)在PC和PLC之間建立起通信通路。具體來(lái)說(shuō)，發(fā)信方PC機(jī)負(fù)有下列責(zé)任：

①用AT命令設(shè)置發(fā)信方Modem撥號(hào)狀態(tài)、撥號(hào)方式等。

②在DTR二1（即發(fā)信方PC機(jī)準(zhǔn)備好）條件下，把擬撥的電話號(hào)碼發(fā)送給發(fā)信方Modemo

③通知發(fā)信方Modem啟動(dòng)自動(dòng)撥號(hào)。

發(fā)信方智能Modem負(fù)有下列責(zé)任：

①按PC機(jī)送來(lái)的電話號(hào)碼，生成撥號(hào)脈沖，發(fā)送到電話網(wǎng)的交換機(jī)去。

②按預(yù)置的等待時(shí)間，等待對(duì)方應(yīng)答。

③當(dāng)收到對(duì)方摘機(jī)應(yīng)答信號(hào)時(shí)，產(chǎn)生CD信號(hào)（載波檢出），通知發(fā)信方PC機(jī)已收到對(duì)方應(yīng)答，表明通信通道建立，可以通信。

收信方智能Modem負(fù)有下列責(zé)任：

①當(dāng)收到電話網(wǎng)上的交換機(jī)來(lái)的振鈴信號(hào)時(shí)，置RI＝1，表示有呼叫，立即通知收信方PLC。

②在DTR=1（即收信方PLC機(jī)準(zhǔn)備好）條件下，Modem向電話網(wǎng)發(fā)摘機(jī)應(yīng)答信號(hào)（載波信號(hào)），把Modem與電話網(wǎng)接通。

3 通信參數(shù)設(shè)置

3．1 PI．C的設(shè)置

在通信之前，要先對(duì)PLC的傳輸波特率和傳輸格式進(jìn)行設(shè)置o PLC的設(shè)置包括兩個(gè)方面：軟設(shè)置和硬設(shè)置。 軟設(shè)置是用手持編程器或編程工具軟件FPSOFT向FPl系統(tǒng)寄存器No．412～416寫入控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)的。按照松下PLC產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸格式的要求，當(dāng)PLC通過(guò)Modem與計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信時(shí)，應(yīng)按如下規(guī)定設(shè)置：選擇RS232口方式與計(jì)算機(jī)通信；1個(gè)停止位＼奇校驗(yàn)＼傳輸位數(shù)為7位＼有結(jié)束碼，CR、無(wú)起始位；傳輸速率9 600b／so如采用手持編程器，系統(tǒng)寄存器中分別設(shè)定如下控制字：No，412，K1；No．413，K2；No．4

14，K1。No．415是站號(hào)設(shè)定寄存器，最大為32，如設(shè)為K1，表示PLC為一號(hào)站。如用編程工具軟件FPSOFT，則系統(tǒng)寄存器設(shè)置窗口中“No，412 RS232CSelection‘’選擇”Computer Link“，”No．416RS232CModemConnection“應(yīng)在”Enable“前打”√“，即選為Modem使能。設(shè)置完成后，要伴隨一個(gè)程序傳人FPl，并且只有當(dāng)FPl掉電后設(shè)置才能生效。

硬設(shè)置是指，在PLC的主機(jī)上有一個(gè)波特率設(shè)置開關(guān)（在編程口內(nèi)），分為兩檔，在與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)必須把他放置在”9600“處。

3．2 調(diào)制解調(diào)器的設(shè)置

S寄存器中存放著Modem的運(yùn)行參數(shù)。智能Modem所配置的功能可以由PC機(jī)用AT命令對(duì)S寄存器進(jìn)行預(yù)置。用于遠(yuǎn)程通信的兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器在通信過(guò)程中起的作用是不同的，所以他們的命令設(shè)置也不相同，必須對(duì)他們分別設(shè)置后方可舉行通信。

與計(jì)算機(jī)相連的調(diào)制解調(diào)器（即圖2中的Modem（1））在通信中沒(méi)有特殊要求，只要按照通用設(shè)置，將其設(shè)為出廠時(shí)的設(shè)置值即可。該設(shè)置查Modem手冊(cè)可知，為”ATLJ“命令。

與PLC相連的調(diào)制解調(diào)器（即圖2中的Modem（2））的設(shè)置則比較復(fù)雜，可以按下面3個(gè)步驟進(jìn)行設(shè)置：

（1）首先要將其設(shè)置為”開啟自動(dòng)應(yīng)答功能“，即使用AT命令賦予寄存器S0一個(gè)非零值n.n可以是1-255之間的任一整數(shù)，但不能為0?！敝低瑫r(shí)還表示當(dāng)調(diào)制解調(diào)器摘機(jī)自動(dòng)應(yīng)答一個(gè)呼叫之前所檢測(cè)到的振鈴次數(shù)。

（2）設(shè)置DTR（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒）信號(hào)檢測(cè)控制命令符“AT&Dn”中的n=0，即不作任何檢測(cè)。所謂DTR命令是指只要有一方發(fā)出命令即可響應(yīng)，而不必檢測(cè)到雙方都有信號(hào)再響應(yīng)。在這種通信方式情況下必須選擇此功能，因?yàn)镻LC一方只能被動(dòng)地接受由計(jì)算機(jī)發(fā)出的命令，而不能主動(dòng)向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，即每次只要計(jì)算機(jī)發(fā)出命令，Modem（2）就立即進(jìn)入自動(dòng)應(yīng)答狀態(tài)，或向PLC發(fā)出控制命令，或讀取由PLC來(lái)的數(shù)據(jù)。

（3）為了判斷撥號(hào)連接是否成功，還需要用指令A(yù)TX0設(shè)置調(diào)制解調(diào)器來(lái)提供基本呼叫進(jìn)程結(jié)果碼，用指令A(yù)TE0設(shè)置調(diào)制解調(diào)器來(lái)關(guān)閉字符回顯，用ATV0設(shè)置選用數(shù)字結(jié)果碼應(yīng)答，AT&W來(lái)保存設(shè)置。

如果設(shè)置成功，調(diào)制解調(diào)器應(yīng)當(dāng)回送結(jié)果碼OK，代表命令已執(zhí)行。兩個(gè)調(diào)制解調(diào)器分別設(shè)置完成后，再將其分別接到計(jì)算機(jī)和PLC上。

4 松下電工的專用通信協(xié)議

FPlPLC與計(jì)算機(jī)的通信中，采用的是松下電工公司專用的通信協(xié)議，即“MEWTOCOL-COM”標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。在以計(jì)算機(jī)作為主站，PLC作為從站構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)中，通信由主站發(fā)起，把命令幀發(fā)向從站，從站以響應(yīng)幀做應(yīng)答。MEWTOCOL-COM協(xié)議對(duì)命令幀與響應(yīng)幀格式做了嚴(yán)格規(guī)定。其中：％為MEWTOCOL-COM的命令幀開始標(biāo)志；H，L為站地址的高位與低位；#為站號(hào)特征碼；發(fā)送文本：由命令碼及數(shù)據(jù)組成；BCC為塊檢查碼；CR為回車結(jié)束符。

（2）響應(yīng)幀格式

響應(yīng)幀分兩種：若主站命令幀正確無(wú)誤，則用“正確

5 PC機(jī)通信程序開發(fā)

一般來(lái)說(shuō)，PC微機(jī)與PLC的遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)起來(lái)并沒(méi)有什么困難，只要為PC機(jī)配備該種PLC專用的通信卡和通信軟件及與Modem配套的異步通信軟件，按要求對(duì)通信卡進(jìn)行初始化，并編制用戶程序即可，或購(gòu)買專業(yè)公司的組態(tài)軟件，做簡(jiǎn)單開發(fā)也可。用這種方法存在的惟一問(wèn)題是價(jià)格問(wèn)題，在PC微機(jī)上配上PLC制造廠生產(chǎn)的專用通信模塊及專用通信軟件，常會(huì)使PC微機(jī)酌價(jià)格數(shù)倍甚至幾十倍的升高，高級(jí)用戶可以利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源開發(fā)出個(gè)性化的監(jiān)控界面，用戶程序可以用匯編語(yǔ)言也可以用高級(jí)語(yǔ)言如VB，VC，C／C++等編寫。我們采用的是C語(yǔ)言在直接驅(qū)動(dòng)硬件層次上調(diào)用通信功能，編制通信程序，直接對(duì)通信硬件訪問(wèn)，速度最快。通信程序采用模塊結(jié)構(gòu)，包括初始化模塊、Modem驅(qū)動(dòng)模塊、校驗(yàn)碼生成模塊、成幀模塊、發(fā)送模塊、接收模塊及幀處理模塊。模塊間有些是按順序連接，有些是通過(guò)對(duì)狀態(tài)位判別連接起來(lái)，有些是對(duì)特殊字符（結(jié)束符等）的識(shí)別連接起來(lái)。其中，初始化模塊由計(jì)算機(jī)串行口的初始化、Modem控制寄存器的初始化組成；編寫Modem驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，不需BCC校驗(yàn)，所發(fā)送和接收的命令代碼為Modem專用的AT命令代碼。由于整個(gè)程序較長(zhǎng)，此處省略。

6 結(jié) 語(yǔ)

利用電話網(wǎng)這種現(xiàn)成的公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，在兩地適當(dāng)配置智能Modem，可實(shí)現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)與異地PLC（網(wǎng)絡(luò)）的遠(yuǎn)程通信，但由于電話網(wǎng)的速度太慢，不適用于對(duì)實(shí)時(shí)性控制要求較高的場(chǎng)合，常用于遠(yuǎn)程故障監(jiān)視系統(tǒng)及無(wú)人值班小型變電站倒閘操作的遙控操作。

責(zé)任編輯：gt