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隨著(zhù)中國工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，PLC在中小型自動(dòng)化設備的日益普及應用，對于設備制造廠(chǎng)商或生產(chǎn)技術(shù)管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，如何以最快捷的方式響應現場(chǎng)設備維護方面的需求，迅速檢測生產(chǎn)現場(chǎng)運行設備的狀態(tài)，及時(shí)解決生產(chǎn)現場(chǎng)反映的問(wèn)題，已是多數上位技術(shù)管理者的切實(shí)需求。如何采用經(jīng)濟實(shí)用的方式來(lái)實(shí)施遠程PLC設備數據采集或測控，這也是探索解決此問(wèn)題的初衷。 1 系統組成概述 系統硬件主要由上位計算機、TC35iGSM MODEM無(wú)線(xiàn)通訊模塊和遠程Siemens S7—200 PLC 3部分組成，具體結構如圖1所示。系統軟件分為上位PC和下位PLC兩部分，上位PC部分提供人機交互操作界面和相應的數據選擇、處理等；下位PLC則通過(guò)自由口通訊，以中斷方式快速響應上位機對PLC變量存儲器數據的讀寫(xiě)操作或對I／0口讀寫(xiě)操作需求。由于上位計算機與遠程PLC的通訊載體是通過(guò)TC35i建立在GSM網(wǎng)絡(luò )基礎上的，從而打破了地域的限制，即便遠端PLC設備在千里之遙，實(shí)施數據采集、測控的如同咫尺。 2 系統硬件設計 2．1 TC35i無(wú)線(xiàn)通訊模塊 系統組成如圖1所示，系統硬件主要是TC5i無(wú)線(xiàn)通訊模塊的應用。TC35i是Siemens公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊，TC35i雙頻工作(EGSM900／GSMl800)，電源范圍在3．3～4．8 V，發(fā)送功率分別為2W(Class4 EGSM900)和lW(Classl GSMl800 MHz)，TC35i的數據接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-TRS-232接口電路標準。數據接口配置為8位數據位、1位停止位、無(wú)校驗位，可以在300～115 kb／s的波特率下運行，支持的自動(dòng)波特率為4．8～115 kb／s，符合ETSI標準GSM0707和GSM0705，且易于升級為GPRS模塊。該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶(hù)提供標準的AT命令接口。為數據、語(yǔ)音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶(hù)的應用開(kāi)發(fā)及設計。TC35i有40個(gè)引腳，通過(guò)ZIF連接器引出。這些引腳可劃分為5類(lèi)，即電源、數據輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制。TC35i內部電路如圖2所示。 ZIF40PIN的引腳1～14為電源部分，其中引腳l～5為電源電壓輸入端VBATT+，引腳6～10為電源地GND，引腳11～12為充電端，引腳13為對外輸出電壓(供外部電路使用)，引腳14 ACCU／TEMP接負溫度系數的熱敏電阻；引腳24～29為SIM卡連接端；引腳33～40為語(yǔ)音接口用來(lái)接電話(huà)手柄。引腳15、30、31和32為控制部分，引腳15為啟動(dòng)線(xiàn)IGT(Ig-niTIon)。當TC35i通電后必須給IGT一個(gè)大于100 mV的低電平，模塊才能啟動(dòng)。引腳30為RTC back up；引腳3l為掉電控制：引腳32為SYNC，引腳16～23為數據輸入／輸出端。TC5i無(wú)線(xiàn)通訊模塊的主要外圍電路的連接如圖3所示。數據通信電路以MAX232為核心實(shí)現電平轉換及串口通信。 2．2 系統硬件連接 系統硬件的連接可參考圖1可知，上位計算機的串口輸出與由TC35i構成的GSM MODEM中的9芯RS232口直接連接；遠程的GSM MODEM與PLC連接時(shí)則必須通過(guò)RS232到RS485的轉換，這是Siemens PLC的通訊口數據和PPI編程電纜連接的必要條件。另一方面必須注意的是，在與遠程GSM MODEM的RS-232串口連接時(shí)，還必須將RS232串口中的RXD和TXD對換連接，否則將不能正常通訊。 2．3 遠程PLC的選型 該系統選用西門(mén)子S7—200 PLC，在西門(mén)子PLC中SIMATIC S7—200是一個(gè)系列，其中包括多種型號的CPU，這里選用CPU-222，由于CPU不提供模擬量的輸入輸出，為檢測對模擬量數據的遠程讀寫(xiě)。因此在遠程PLC系統中擴展一型號為EM-235的4輸入1輸出模擬量模塊。 3 系統軟件設計 3．1 系統上位計算機人機界面 系統上位的人機界面是用VB編程，提供人機交互操作界面及數據選擇和相應的數據處理等功能。系統上位的操作界面如圖4所示。在操作界面的左上部是通訊鏈接控制框，這里只需要正確選擇PC的串口并輸入遠程PLC所連接的電話(huà)號碼后即可撥號鏈接，遠程的無(wú)線(xiàn)GSM MODEM模塊摘機響應一般設置為鈴響后自動(dòng)摘機，通訊鏈接建立后，當上位PC檢測到串口端的數據載波DCD信號后，通訊鏈接控制框中的“鏈接狀態(tài)”指示燈由紅變綠，表示通訊鏈路已成功建立。撥號或掛機的操作均是通過(guò)對GSM MODEM模塊發(fā)送AT指令執行的。 對PLC數據的讀寫(xiě)操作如操作界面的右上部所示，在相應文本框內填寫(xiě)好數據的類(lèi)型、地址、數值和操作方式后點(diǎn)擊“發(fā)送”即可執行對PLC的讀或寫(xiě)操作。界面的下半部分顯示的是PC串口發(fā)送和接收的代碼以及當前操作的結果。 3．2 系統上位計算機的串口設置 在上位PC的人機界面中，串口的設置是通過(guò)下拉選擇框選擇出所連接的串口后由程序自動(dòng)讀取。在使用GSM MODEM無(wú)線(xiàn)模塊時(shí)，上位PC對遠程PLC鏈接呼叫時(shí)采用的是AT指令。程序語(yǔ)句為：MSComm1．Output=“ATDT”&Trim (Text1．Text)& vbCrLf／／Text1文本框內為欲連接的電話(huà)號碼。掛機的AT指令為：MSComml．Output=“ATDT”＆“+++”& vbCrLf。串口數據格式的設定語(yǔ)句為：MSComml．SetTIngs=“9600． N，8．1”，與TC35iGSM MODEM無(wú)線(xiàn)通訊模塊和遠程PLC自由口的串行數據通訊格式一致。 3．3 通訊數據格式的約定 由于遠程PLC采用的是自由口用戶(hù)通訊方式，這里對每次收發(fā)數據字節暫約定為18個(gè)字節，數據字節的多少可根據實(shí)際需要而酌情約定。本系統中18個(gè)字節的約定：Bytel為數據的總字節數；Bvte2為數據開(kāi)始特征字；Bvte3為數據讀或寫(xiě)特征字：Byte4為數據類(lèi)型特征字；Bvte5～Byte8為PLC數據地址；Bvte9～Bytel6為PLC數據的數值；Bytel7為收發(fā)數據的校驗碼；Bvtel8為數據結束特征字。串口數據的傳輸除數據地址字節和數據數值字節用ASCII碼表示外，其他均以十六進(jìn)制方式表示。因而在上位PC的編程中需涉及大量的進(jìn)制轉換操作。特別要注意的是由于PLC中的實(shí)數采用32位單精度數表示，并按照ANSI／IEEE745 1985標準格式以雙字長(cháng)度來(lái)存取，所以無(wú)論是上位的PC或是下位的PLC在編程時(shí)對實(shí)數數據的處理均需嚴格遵循ANSI／IEEE7451985標準格式的規定，否則將不可能讀到正確的數據。 通訊數據的校驗方式采用BCC塊進(jìn)行XOR校驗，即約定為從每次數據包的Byte2到Bytel6的字節進(jìn)行校驗，Bvtel7存放校驗結果。上位或下位在接收數據時(shí)，首先對所接收的數據進(jìn)行校驗并將計算結果與Bvtel7所存放的數值進(jìn)行比較，如不一致時(shí)則按約定要求重發(fā)，以保障每次傳輸數據的正確性。 3．4 遠程PLC自由口通訊初始化編程 由于遠程PLC采用的是自由口用戶(hù)通訊協(xié)議，所以對PLC的自由口通訊必須做如下初始化設置： 遠程PLC經(jīng)上述設置后，在其運行期間每當接收到一組數據后便自動(dòng)產(chǎn)生中斷請求，在中斷服務(wù)的子程序中，設定一標志位(如MO．0)置位，用來(lái)表示允許進(jìn)入中斷服務(wù)，在主程序中通過(guò)檢測M0．O的狀態(tài)來(lái)確定是否轉入讀數據操作的子程序，讀數據操作完畢后及時(shí)將接收數據標志M0．0復位，從而完成一次讀數據過(guò)程。PLC數據的上傳則是根據所讀數據的內容來(lái)響應上位的請求，上傳數據的編碼和字節均依照約定的格式寫(xiě)入，每次的讀寫(xiě)操作僅在PLC一個(gè)掃描周期內(數毫秒)完成，系統的響應是實(shí)時(shí)的。 3．5 遠程PLC數據的讀寫(xiě)操作 PLC數據的讀寫(xiě)是依據約定的數據類(lèi)型實(shí)施操作的。對于字節、字、雙字、實(shí)數及I／0端口各自有約定的數據類(lèi)型特征字，在下位PLC程序中通過(guò)對數據類(lèi)型特征字的解析后來(lái)確定讀取數據的字節數。對I／0端口的讀寫(xiě)操作則是根據約定的地址編碼直接讀寫(xiě)出相應的狀態(tài)信息。每組收發(fā)數據的存儲單元從VBl00到VBll7共18個(gè)字節。由前述的數據發(fā)送量的約定可知，每組數據的Byte5～Byte8表示PLC數據的地址，由于每次讀寫(xiě)的地址是不同的，所以Byte5～Byte8字節給定的就是地址指針，在PLC編程中就要以此指針采用間接尋址的方式，假設Byte5～Byte8存放在PLC的VB104～VBl07單元，其間址指令則為： MOVD &VBl04，ACl讀取該地址內容時(shí)則根據數據類(lèi)型的不同而有所區別，假如讀寫(xiě)字節時(shí)指令為：MOVB*ACl，VBl60；則讀寫(xiě)字的指令為：MOVW *ACl，VWl60；讀寫(xiě)雙字的指令為：MOVD *ACl，VDl60；讀寫(xiě)實(shí)數的指令則為：MOVR *ACl，VDl60。 4 結束語(yǔ) 本系統經(jīng)實(shí)際測試基本達到了預期效果。遠程PLC在省際間距離的測控響應與在本市區地域的測控響應基本相同，通過(guò)對PLC I／O的讀寫(xiě)、模擬量數據的讀寫(xiě)、單字節、雙字節及實(shí)數的讀寫(xiě)，均未出現數據差錯現象，遠程的響應速度基本上是對上位的指令立即響應，操作人基本感覺(jué)不出時(shí)間的延時(shí)。在PLC中，由于本遠程測控程序字節量較少，完全可以嵌入在PLC的過(guò)程控制程序中運行，由于在自由口通訊中， 對上位PC讀寫(xiě)的響應采用的是中斷方式快速響應，所以對PLC的過(guò)程控制程序的實(shí)時(shí)性基本無(wú)影響。 |
