利用PCM實(shí)現智能設備的數據采集

摘要：    提出一種新穎的流量數據采集方案，介紹了基于PCM模塊的數據采集系統。

關(guān)鍵詞：    PCM模塊；數據采集

系統設計

水閘泵站計算機遠程監控系統需要實(shí)時(shí)采集河道的水位、流量、水閘閘門(mén)的高度、水泵開(kāi)啟狀況以及雨量等水情工況，為調水調度、水閘泵站的控制提供決策依據。河北省引朱濟邢引水工程是引朱莊水庫的蓄水至邢臺市區的鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)。一條輸水管道自水庫尾水池引水，沿河右岸鋪設，在調度中心分成四條支路，其中兩支通往鋼廠(chǎng)，兩支通往電廠(chǎng)。為了滿(mǎn)足工程的可靠性及自動(dòng)化管理的要求，該工程采用了計算機監控系統進(jìn)行工程的調度及管理。整個(gè)工程設有水庫、調度中心、鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)四個(gè)管理站(見(jiàn)圖1)，監視并控制沿線(xiàn)的閘門(mén)和閥門(mén)狀態(tài)，監測管道的壓力和實(shí)時(shí)流量。

圖1 系統框圖

其中水庫和調度中心本地的流量數據可以通過(guò)RS-485總線(xiàn)直接上傳到工控機中，而鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)由于距離水庫和調度中心比較遠，當地的實(shí)時(shí)流量數據不能直接通過(guò)RS-485總線(xiàn)上傳，所以采用了本文所述的流量數據采集方案：先通過(guò)RS-485總線(xiàn)將數據上傳至當地的PLC中，再經(jīng)光纖以太網(wǎng)與水庫和調度中心的工控機通訊。為了準確的反映出現場(chǎng)的實(shí)際情況，水庫和調度中心要求實(shí)時(shí)顯示出鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)流量的瞬時(shí)值和累計值，這樣水庫和調度中心管理站才能根據現場(chǎng)的情況調節閘門(mén)和閥門(mén)的狀態(tài)。同時(shí)由于鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)還需要做到無(wú)人值守，所以必須保證設備采集數據的實(shí)時(shí)性和準確性。

鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)兩個(gè)管理站都配置了GE公司的90-30系列PLC，包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)接口模塊、可編程協(xié)處理模塊。電磁流量計采用的是上?？坡」馊A儀器有限公司的AQUAFLUX型電磁流量計，鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)的流量可以由安裝在鋼廠(chǎng)和電廠(chǎng)入口處的電磁流量計采集。整個(gè)采集系統的關(guān)鍵是將流量計的數據上傳至PLC相應的寄存器中，此功能是通過(guò)為PLC配置的可編程協(xié)處理模塊PCM來(lái)完成的，PCM模塊通過(guò)RS-485總線(xiàn)采集電磁流量計的數據，然后通過(guò)開(kāi)發(fā)的通訊程序計算出瞬時(shí)流量和累計流量，并寫(xiě)入PLC相應的寄存器單元，最后通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊和交換機連接到光纖以太網(wǎng)上，將數據傳送到水庫和調度中心兩個(gè)管理站。

系統硬件

GE90-30系列PCM模塊

GE Fanuc自動(dòng)化公司的可編程協(xié)處理模塊是一個(gè)用來(lái)執行協(xié)處理功能的高性能微型計算機，它集通訊模塊(CCM)和ASCII/BASIC模塊(ABM)于一體，具有較大的存儲容量和完善的功能。

PCM模塊內含一個(gè)8MHz的80C188微處理器，其板載RAM隨機存儲器，可選擇160、192或640Kbytes三種容量。每個(gè)PCM模塊占用主CPU框架中的一個(gè)槽位，連接后可以使用PLC自身的內存。另外PCM模塊內含兩個(gè)串口、一個(gè)與PLC同步的實(shí)時(shí)時(shí)鐘、重啟動(dòng)/復位按鈕、三個(gè)狀態(tài)指示燈。PCM模塊的初始化可由軟件進(jìn)行配置，不需要通過(guò)DIP撥碼開(kāi)關(guān)和跳線(xiàn)進(jìn)行設置。

PCM模塊被應用于PLC系統之前，首先要對其進(jìn)行配置。它可以配置成CCM ONLY、BASIC、BAS/CCM、NONE、PCMCFG、PROGPRT，PROG/CCM和CCM/PROG幾種模式。本工程需要開(kāi)發(fā)流量計的數據采集和流量計算的程序，又要通過(guò)RS-485總線(xiàn)與流量計之間進(jìn)行通訊，所以需把端口設置成BAS/CCM模式。同時(shí)還應配置好端口的主從模式、接口類(lèi)型、波特率及奇偶校驗類(lèi)型等信息。

將PCM模塊的RS-485接口(port2)與電磁流量計的RS-485接口通過(guò)屏蔽雙絞線(xiàn)互連，接線(xiàn)圖如圖2所示。

圖2  2-Wires RS-485 PCM 連接圖

為了在線(xiàn)開(kāi)發(fā)數據采集程序，需要外接一個(gè)與VT100兼容的終端顯示器，所以將PCM模塊的RS-232接口(port1)與PC機的串口相連，用Windows系統自帶的超級終端(與VT100兼容)進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。接線(xiàn)圖見(jiàn)圖3。

圖3  PCM與PC機連接圖

當端口配置成CCM運行時(shí)，CCM端口可以被配置成主、從，或對等通信模式。通過(guò)這種設置，可以在PLC和外部設備之間傳送數據。對于從或對等模式，一個(gè)外部CCM設備(例如工控機)可以通過(guò)PCM模塊的端口向PLC發(fā)送或請求數據。在主或對等模式下，PLC CPU中的應用程序可以啟動(dòng)連接到PCM端口上的CCM設備，實(shí)現數據傳送。

PCM模塊內嵌功能強大的MegaBasic。通過(guò)編程可以實(shí)現數據的收集、存儲、實(shí)時(shí)計算和操作員界面功能。MegaBasic程序可以使用Windows標準的文本編輯器離線(xiàn)開(kāi)發(fā)，也可以通過(guò)連接到PCM編程口上的終端在線(xiàn)開(kāi)發(fā)。MegaBasic解釋器也允許在MS-DOS環(huán)境下離線(xiàn)開(kāi)發(fā)，但是MS-DOS不支持MegaBasic的擴充版本。

通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊，可以將GE90-30系列PLC連接到以太網(wǎng)上，并完成編程、在線(xiàn)監視、數據采集和點(diǎn)對點(diǎn)通訊等功能。

AQUAFLUX型電磁流量計

本數據采集系統選用的AQUAFLUX流量計適用于污水的流量測量，其采用經(jīng)濟、堅固型設計，防護等級達到了IP67，工作溫度可達90℃，工作壓力可達40bar/580psig，同時(shí)加裝了IFC110型信號轉換器，轉換器上配有RS-485接口。

軟件設計

要保證通信的準確可靠，通信雙方必須遵守一定的通信協(xié)議。本系統中的所有通訊遵循主從方式，由上位機(PCM模塊)查詢(xún)，下位機(電磁流量計)回應相應的數據，其主機查詢(xún)命令報文格式如表1(皆為十六進(jìn)制數)：

表1 報文格式

* 第0~4字節為同步字節SYN=16H，同步字節最少為3個(gè)，現發(fā)送5個(gè)

* 第5字節為起始位STX=02H

* 第6字節為設備碼位DEV，它的編碼是唯一的，對于電磁流量計DEV=91H

* 第7字節為地址位ADR，它可以選0到239中的值，240到255是為特殊用途預留的

* 第8字節為版本位VER，它可以設為任意值

* 第9字節為功能位FCT=18H，18H代表讀取測量值

* 第10~11字節為密碼位PASSWORD，0000H代表無(wú)密碼，FFFFH代表有密碼

* 第12字節為校驗和CS，它是從STX開(kāi)始，加上整個(gè)信息字段，再加上被累加的個(gè)數(此處是7個(gè))，然后在對100H 取余，即CS=[(02+91+01+01+18+0+0)+7]MOD100=B4

* 第13字節為結束標記ETX=03H

PCM模塊數據采集程序利用循環(huán)程序進(jìn)行通訊采樣，接收到的數據經(jīng)過(guò)校驗后實(shí)時(shí)傳給PLC的CPU，MegaBasic變量與PLC 的CPU地址建立連接是通過(guò)SYSLINK命令實(shí)現的，數據寫(xiě)入可用SYSWRITE命令，斷開(kāi)地址連接可用UNLINK命令。具體流程如圖4所示。

圖4  主程序流程圖 

結語(yǔ)

本系統利用PCM模塊的可編程性實(shí)現了流量數據的在線(xiàn)實(shí)時(shí)采集和計算，使用起來(lái)靈活方便，減輕了PLC主CPU的負擔。該采集系統已經(jīng)投入運行一年多，運行狀態(tài)穩定，通訊效率很高，達到了設計要求。

參考文獻：
1. Series 90TM Programmable Coprocessor Module and Support Software User's Manual  1999.11, GE Fanuc.