基于rs-1855總線的分布式測控系統(tǒng)

基于rs-1855總線的分布式測控系統(tǒng)

1自動化水平及可靠性高近年來，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動測量和控制技術(shù)也得到了迅速發(fā)展。測控系統(tǒng)的設(shè)計越來越趨向于智能化、數(shù)字化、以及分布式控制與管理,既考慮高的性能和可靠性,又考慮高的性能價格比。目前,許多企業(yè),尤其是中小企業(yè),其舊生產(chǎn)裝置的自動化水平仍然相對滯后,需要進(jìn)行自動化技術(shù)改造。而大型企業(yè)的新生產(chǎn)線大多采用了先進(jìn)的DCS或現(xiàn)場總線進(jìn)行生產(chǎn)監(jiān)控與管理,從而確保了高的性能與可靠性,但由于大型DCS系統(tǒng)成本相對較高,一般中小企業(yè)很難實現(xiàn)。而基于RS-485總線、由計算機(jī)、智能儀表和遠(yuǎn)程測控模塊構(gòu)成的小型DCS系統(tǒng),性能和可靠性都比較高、且成本較低。這種高性能價格比的小型分布式測控系統(tǒng),可很好地用于實現(xiàn)實驗室自動化和中小企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)自動化。此外,基于RS-485總線的小型分布式測控系統(tǒng),也可以作為子系統(tǒng),通過以太網(wǎng)接入大型DCS系統(tǒng)中。2硬件集成2.1冷卻水溫、反應(yīng)器及液位本實驗裝置的測量點(diǎn)包括:反應(yīng)器徑向溫度(15個)、導(dǎo)熱油溫(4個)、冷凝/蒸發(fā)器溫度(2個)、循環(huán)冷卻水溫(1個)、反應(yīng)器床層徑向壓差(1個)、反應(yīng)器壓力(1個)、冷凝器/蒸發(fā)器壓力(1個)、冷凝器/蒸發(fā)器中液氨的液位(1個)和導(dǎo)熱油流量(1個)等?？刂泣c(diǎn)包括:導(dǎo)熱油溫(2個)、循環(huán)冷卻水溫(1個)、冷凝/蒸發(fā)器溫度、反應(yīng)器壓力(1個)、油流量(1個)、二通電磁閥開關(guān)控制(2個)。2.2rs-42c-rs-843個監(jiān)控站的設(shè)計和實現(xiàn)整個測控系統(tǒng)包括主控站和監(jiān)控站兩大部分,如圖1所示。主控站(測控室)以PC機(jī)為主機(jī),通過一個RS-232C/RS-485轉(zhuǎn)換模塊,構(gòu)架RS-485多路串行通訊總線。監(jiān)控站是安裝于現(xiàn)場的各種遠(yuǎn)程測控模塊和智能測控儀表,以進(jìn)行分散測量和控制。這樣,所有監(jiān)控站的測量和控制模塊以及各種智能測控儀表等,均通過RS-485通訊總線與主控站PC機(jī)相連,構(gòu)成一個可靈活組態(tài)的分布式測控系統(tǒng)。2.2.1通訊濾波器模塊主控機(jī)用PC機(jī),它通過RS-485與各智能儀表和遠(yuǎn)程測控模塊進(jìn)行實時通訊,從而對整個系統(tǒng)實施監(jiān)控,并負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的管理工作,如流程圖顯示、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)實時顯示、定時功能、定時數(shù)據(jù)記錄(存盤)、定時打印、多媒體報警等等。RS-232C/RS485通訊轉(zhuǎn)換器選用ICP-CON(臺灣威達(dá)工控)產(chǎn)品I-7520(如圖2所示)。該模塊除了具備有判斷數(shù)據(jù)流向的能力和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能外,在RS-232C端與RS-485端之間有一個可耐3000VDC隔離保護(hù),還可以將在傳輸網(wǎng)絡(luò)線上的噪聲隔離掉。此外,該模塊內(nèi)置一顆“自調(diào)節(jié)芯片(SelfTuner)”,可以自動將不同傳輸速度的訊號作轉(zhuǎn)換,使得整個RS-485網(wǎng)絡(luò)中可以擁有不同的傳輸速度(1200～115200bps,共8檔速度),這樣在一個RS-485網(wǎng)絡(luò)中最多可連接256個(32×8=256)通訊設(shè)備。當(dāng)通訊距離在1200米以上或者通訊設(shè)備超過256個時,需要外加中繼器(Repeater),這時,在一個RS-485網(wǎng)絡(luò)中最多可連接2048個通訊設(shè)備。2.2.2儀表監(jiān)控設(shè)備現(xiàn)場智能儀表選用6個具有RS-485接口的SWP系列數(shù)字顯示控制儀,安裝于現(xiàn)場中,分別用于導(dǎo)熱油溫、導(dǎo)熱油流量、反應(yīng)器床層徑向壓差、反應(yīng)器壓力、蒸發(fā)器/冷凝器壓力和蒸發(fā)器/冷凝器內(nèi)液氨液位等參數(shù)的顯示與控制。其中,兩個壓力智能儀表除了測量壓力外,還對兩個電磁閥進(jìn)行開關(guān)控制。所有的智能儀表都獨(dú)立地對各個被監(jiān)控對象進(jìn)行分散監(jiān)控,實測數(shù)據(jù)顯示于儀表屏上。主控機(jī)與智能儀表通過RS-285網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時通訊,主機(jī)可向智能儀表發(fā)送修改儀表內(nèi)部參數(shù)值的命令,并可同時讀取智能儀表測得的實時動態(tài)數(shù)據(jù)。此外,在現(xiàn)場還可通過儀表面板操作修改儀表內(nèi)部參數(shù)值。2.2.3模擬量輸入模塊遠(yuǎn)程測量和控制模塊均選用配有RS-485接口的ICP-CON7000系列產(chǎn)品,包括3個8通道(差分)模擬量輸入模塊I-7018(輸入類型:mV,V,mA,熱電偶)、一個3通道熱電阻溫度測量模塊I-7033、一個8通道(差分)模擬量輸入模塊I-7017(輸入類型:mV,V,mA)和一個4通道數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)模塊I-7024(輸出類型:V,mA)。ICP-CON7000系列模塊是一種內(nèi)置微控制器及計算機(jī)接口的智能設(shè)備,主控機(jī)通過RS-485通訊總線以相同的通訊協(xié)議發(fā)出ASCII碼專用命令對模塊進(jìn)行遙控,由于各節(jié)點(diǎn)并行連接,模塊與模塊、模塊與網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立,因而大大地提高了系統(tǒng)的可靠性。2.2.4傳感器(1)溫度熱電偶傳感器和熱電阻傳感器;(2)流量LWGY型渦輪流量傳感器;(3)家松KYBA11型表壓/絕壓變送器(0～120kPa,精度0.25%);(4)壓力KYB18系列壓力變送器(0～1.6MPa,精度0.2級);(5)液體萃取位置磁致伸縮線性位移傳感器(0～30cm,最大誤差150μm)。3控制裝置與智能設(shè)備之間的通信主控機(jī)與遠(yuǎn)程測控模塊之間的通訊和主控機(jī)與SWP系列智能儀表之間的通訊,大致的方法和過程是類似的。3.1平衡差分電路常見的異步串行通訊接口有RS-232C、RS-422和RS-485等,其中RS-232C數(shù)據(jù)傳輸速率慢、通信距離短、接口處各信號間容易串?dāng)_,而RS-422和RS-485都比RS-232C通信距離長,速度快,在通信距離為12m時傳輸速率最大為10Mbps;在較低的傳輸速率100kbps下,最大距離可達(dá)1.2km,而且RS-422和RS-485都采用平衡差分電路,消除了信號干擾。而RS-485與RS-422的主要區(qū)別在于:(1)硬件線路上,RS-422可采用環(huán)路方式通信,但不能采用總線方式通信,而RS-485兩者均可;此外,RS-422至少需要4根通信線,而RS-485僅需2根;(2)通信方式上,RS-422可以全雙工,而RS-485只能半雙工;(3)一般地,RS-422可連接1臺驅(qū)動器和10臺接收器,而RS-485可以連接32臺驅(qū)動器和32臺接收器。實際上,RS-485是RS-422A性能的擴(kuò)展,是真正意思上的總線標(biāo)準(zhǔn),它具有更大的組態(tài)靈活性。因此,雙線制的RS-485在工業(yè)上使用最為廣泛。這里選用ICP-CONRS-232C/RS485通訊轉(zhuǎn)換器、ICP-CON遠(yuǎn)程測控模塊以及SWP智能儀表等組建的RS-485分布監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),具有功能更強(qiáng)、可靠性更高、組態(tài)更靈活的特點(diǎn)。3.2儀表通訊格式3.2.1SWP智能儀表的通訊協(xié)議要實現(xiàn)主控機(jī)與智能儀表之間的通訊,雙方必須遵循相同的通信協(xié)議。由于智能儀表的通訊程序已固化在單片機(jī)EPPOM中,主控機(jī)與智能儀表之間的通訊實際應(yīng)以智能儀表的通訊協(xié)議為雙方通訊協(xié)議。目前市面上智能儀表的品種比較多,通常都配有RS-485接口選件,但不同廠家智能儀表的通訊協(xié)議不一樣。所以,在編寫主控機(jī)的通訊程序時,必須弄清該智能儀表的通訊協(xié)議。以SWP系列智能儀表Ⅱ型為例,其主要的通訊協(xié)議如下:(1)通訊口設(shè)置:通訊方式選用RS-485異步串行通訊,波特率為300～9600bps(可由儀表內(nèi)部參數(shù)自由設(shè)定)。(2)字節(jié)數(shù)據(jù)格式:1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無校驗。(3)通訊數(shù)據(jù)傳輸格式:a.地址傳送格式:以雙字節(jié)(16進(jìn)制,高字節(jié)在前,低字節(jié)在后)表示地址,儀表內(nèi)部參數(shù)所對應(yīng)地址詳見有關(guān)手冊。如儀表參數(shù)AH1(第一報警回差值)的初始地址=1516=30ASCII+30ASCII+31ASCII+35ASCII,其地址傳送格式如下:b.數(shù)據(jù)傳送格式:分為1字節(jié)定點(diǎn)數(shù)、2字節(jié)定點(diǎn)數(shù)、3字節(jié)定點(diǎn)數(shù)和4字節(jié)浮點(diǎn)數(shù)等4種傳輸格式(十六進(jìn)制)。以3字節(jié)定點(diǎn)數(shù)為例:3字節(jié)定點(diǎn)數(shù)=低字節(jié)高4位ASCII碼+低字節(jié)低4位ASCII碼+高字節(jié)高4位ASCII碼+高字節(jié)低4位ASCII碼+小數(shù)點(diǎn)高4位ASCII碼+小數(shù)點(diǎn)低4位ASCII碼一般格式如下:其中,小數(shù)點(diǎn)定義為:00—100,01—10-1,02—10-2,03—10-3例:儀表實時測量值的數(shù)據(jù)=65.2,小數(shù)點(diǎn)在第一位(從右到左)其實際定點(diǎn)數(shù)=65210×10-1,整數(shù)部分=65210=028C16=30ASCII+32ASCII+38ASCII+43ASCII,小數(shù)部分=110=0116=30ASCII+31ASCII,故數(shù)據(jù)傳送格式如下:c.儀表通訊幀格式:一般的通訊幀格式如下:其中@為通訊命令起始符;DE為儀表設(shè)備號(雙字節(jié));幀命令即操作命令(雙字節(jié)),如表1。幀數(shù)據(jù)為各種操作命令所對應(yīng)的數(shù)據(jù),動態(tài)數(shù)據(jù)格式參見儀表手冊;CRC為校驗字節(jié)(即DEASCII與幀命令A(yù)SCII和幀數(shù)據(jù)ASCII的異或值);CR為結(jié)束符。其中,讀命令(RD、RE、RR)的格式如下:發(fā)送命令幀:其中各個參數(shù)的地址和長度可參見有關(guān)儀表手冊。正確命令回送幀:錯誤命令回送幀:正確命令回送幀:4系統(tǒng)程序設(shè)計針對化學(xué)熱泵實驗系統(tǒng),軟件設(shè)計主要包括實驗裝置流程圖顯示、趨勢圖顯示、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)報表實時顯示、定時功能、定時數(shù)據(jù)采集和記錄(存盤)、定時打印、控制輸出、多媒體報警等多項功能。程序用VisualC++6.0在Windows98上開發(fā)。其中,異步串行通訊模塊用Win32API編程。串行通訊采用事件驅(qū)動方式,以提高測控系統(tǒng)的實時性,即創(chuàng)建一個監(jiān)視線程,以監(jiān)視串口是否有數(shù)據(jù)進(jìn)來。當(dāng)串口有數(shù)據(jù)時,自動觸發(fā)執(zhí)行指定的數(shù)據(jù)接收和處理程序。5化學(xué)熱泵測控系統(tǒng)主理策略以PC機(jī)或工控機(jī)為上位計算機(jī)(主控機(jī)),通過RS-485串行通訊接口,與各種配有RS-485接口的智能儀表和遠(yuǎn)程測控模塊等連接構(gòu)成的分布式監(jiān)控系統(tǒng),具有分散程度高,安全可靠,容易擴(kuò)充,組態(tài)方便等特點(diǎn)。該系統(tǒng)已在化學(xué)熱泵測控中得到很好的應(yīng)用,其系統(tǒng)設(shè)計方法可適用于實驗室及中小型企業(yè)的測控系統(tǒng)中。3.2.2主控機(jī)的通訊流程主控機(jī)的通訊流程如圖3所示,其中通訊口初始化工作包括串行口的打開、串行口通信參數(shù)(