基于光纖網(wǎng)絡(luò)的皮帶秤聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[圖]

山西汾西礦業(yè)集團(tuán)下屬某有限公司屬國(guó)有大型煤炭生產(chǎn)銷售企業(yè)，該公司共有8套基于51系列單片機(jī)的智能皮帶秤計(jì)量稱重系統(tǒng)。這些皮帶秤的地理位量距離調(diào)度中心都在800 m左右，皮帶秤計(jì)量?jī)x表為智能型儀表，它可以實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的皮帶瞬時(shí)產(chǎn)量、班產(chǎn)量、日產(chǎn)量和總累計(jì)量，但是這些數(shù)據(jù)必須有專人來定時(shí)的記錄到產(chǎn)量報(bào)襄中，因?yàn)槌�了總累�?jì)量外的數(shù)據(jù)都只保存24h。這種方式容易造成數(shù)據(jù)的人為誤差或者漏記產(chǎn)量，既浪費(fèi)大量的人力又得不到好的工作成效�；�于上述情況，建立了基于光纖網(wǎng)絡(luò)的皮帶秤稱重聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)了基于可視化編程語言VB的可與現(xiàn)場(chǎng)皮帶秤稱重儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的遠(yuǎn)程皮帶秤計(jì)量系統(tǒng)，全面解決了上述存在的問題。

1 聯(lián)網(wǎng)方案

1.1 儀表通訊的必備知識(shí)

EIA RS-232C是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)在1969年頒布的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS(Recommended Standard)是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒150、300、600、1 200、2400、4800、9600、19 200波特。

RS-232是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(Electronic Industry Association)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的形態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2 500 pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15 m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。

智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過程量，后來儀表接口是RS-232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。RS-485總線的出現(xiàn)恰好解決了這個(gè)問題，不僅可以實(shí)現(xiàn)智能儀表的聯(lián)網(wǎng)問題，而且通信距離可達(dá)幾十米到上千米，滿足數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸?shù)囊�求�?/p>

RS-485的電氣特性如下：邏輯“0”以兩線間的電壓差為+(2-6)V表示；邏輯“1”以兩線間的電壓差為-(2-6)V表示。接口信號(hào)電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mb/s；RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200 mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)：RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。

1.2 光纖收發(fā)器的相關(guān)知識(shí)

光纖收發(fā)器，是一種將短距離的雙絞線電信號(hào)和長(zhǎng)距離的光信號(hào)進(jìn)行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，在很多地方也被稱之為光電轉(zhuǎn)換器(Fiber Converter)。產(chǎn)品一般應(yīng)用在以太網(wǎng)電纜無法覆蓋、必須使用光纖來延長(zhǎng)傳輸距離的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，且通常定位于寬帶城域網(wǎng)的接入層應(yīng)用；同時(shí)在幫助把光纖最后1 km線路連接到城域網(wǎng)和更外層的網(wǎng)絡(luò)上也發(fā)揮了巨大的作用。

光纖收發(fā)器的基本特點(diǎn)如下：提供超低延時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸；對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全透明；采用專用ASIC芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)線速轉(zhuǎn)發(fā)；機(jī)架型設(shè)備可提供熱插拔功能，便于維護(hù)和無間斷升級(jí)；可網(wǎng)管設(shè)備能提供網(wǎng)絡(luò)診斷、升級(jí)、狀態(tài)報(bào)告、異常情況報(bào)告及控制等功能，能提供完整的操作日志和報(bào)警日志；設(shè)備多采用1+1的電源設(shè)計(jì)，支持超寬電源電壓，實(shí)現(xiàn)電源保護(hù)和自動(dòng)切換；支持超寬的工作溫度范圍；支持齊全的傳輸距離(0～120 km)。

信息化建設(shè)的突飛猛進(jìn)，人們對(duì)于數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來越重要的位置。但是傳統(tǒng)的5類線電纜只能將以太網(wǎng)電信號(hào)傳輸100 m，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應(yīng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。與此同時(shí)，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，光纖收發(fā)器正是利用了光纖這一高速傳播介質(zhì)很好地解決了以太網(wǎng)在傳輸方面的問題。光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號(hào)和光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸，同時(shí)它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的100 m擴(kuò)展到100 km(單模光纖)。

1.3 儀表聯(lián)網(wǎng)硬件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

從計(jì)量邏輯角度講，整個(gè)系統(tǒng)可以分為兩層：現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)量稱重設(shè)備級(jí)、調(diào)度中心業(yè)務(wù)級(jí)，屬于典型的C/S結(jié)構(gòu)。另外，現(xiàn)場(chǎng)各皮帶秤所使用的智能儀表均為ICS-XF型皮帶秤專用儀表，此類型的儀表可以通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與交換。該儀表支持串行通訊的傳輸方式有RS-232C和RS-485兩種。如果傳輸距離在15 m以內(nèi)，則可以用RS-232C傳輸方式；否則，如果傳輸距離在1 000 m以內(nèi)，則采用RS-485傳輸方式�，F(xiàn)場(chǎng)的各皮帶秤布局情況如下：8套皮帶秤的計(jì)量?jī)x表分別集中布置在兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制室內(nèi)，兩個(gè)控制室之間的距離約800 m；而兩個(gè)控制室中距離調(diào)度室的最小距離約2 000 m。而客戶的要求是將現(xiàn)場(chǎng)各皮帶秤計(jì)量?jī)x表的效據(jù)準(zhǔn)確地實(shí)時(shí)地傳輸?shù)秸{(diào)度室的服務(wù)器電腦上。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)各皮帶秤地理位置的分布特點(diǎn)及客戶現(xiàn)有的傳輸線路硬件條件，本著先進(jìn)實(shí)用、高性價(jià)比的原則，選擇了以光纖為主要傳輸載體、光纖收發(fā)器和ADAM4520通訊轉(zhuǎn)換模塊為數(shù)據(jù)傳輸處理設(shè)備的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸局域網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路如下：首先，分別將現(xiàn)場(chǎng)兩控制室內(nèi)的四臺(tái)稱重儀表通過四芯通訊電纜并聯(lián)，再將兩控制室并聯(lián)接至以太網(wǎng)光纖發(fā)射機(jī)；然后，光纖發(fā)射機(jī)將傳輸數(shù)據(jù)由電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過光纖傳輸至光纖接收機(jī)，光纖接收機(jī)將接收數(shù)據(jù)由光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并發(fā)送給485轉(zhuǎn)232的轉(zhuǎn)換模塊ADAM4520；最后，ADAM4520完成與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊工作。

儀表及相關(guān)通訊設(shè)備的設(shè)置過程如下：首先，設(shè)置各稱重儀表的地址編號(hào)，設(shè)置儀表通訊模式為485方式，數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)置為命令方式(即工控機(jī)按儀表地址分時(shí)讀取不同儀表的計(jì)量數(shù)據(jù)時(shí)，儀表才會(huì)上傳數(shù)據(jù))；然后，對(duì)光纖網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，如通訊方式、波特率等；最后，對(duì)485-232轉(zhuǎn)換模塊ADAM4520進(jìn)行設(shè)置，調(diào)整其工作狀態(tài)為最佳。

2 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)采用可視化編程語言VB來設(shè)計(jì)工控機(jī)的前臺(tái)界面及數(shù)據(jù)的接收、處理和顯示等功能；考慮到本系統(tǒng)是一個(gè)中小型數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，并且有管理的網(wǎng)絡(luò)化要求，所以選擇微軟公司的SQL Server2000作為系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

本系統(tǒng)中由于有8臺(tái)稱重儀表，如采用自動(dòng)實(shí)時(shí)將各自數(shù)據(jù)通過串口上傳至服務(wù)器工控機(jī)，則會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的混亂、產(chǎn)生大量的亂碼，無效數(shù)據(jù)太多以至上位機(jī)無法正常顯示各皮帶秤的稱量數(shù)據(jù)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試，最終采用了按儀表地址編程定時(shí)讀取各稱重儀表數(shù)據(jù)的方法，即某一時(shí)刻，工控機(jī)發(fā)送一條帶有地址信息的數(shù)據(jù)讀取指令，這條指令各儀表都能收到，但是只有地址相匹配的儀表才會(huì)有響應(yīng)，向上位機(jī)發(fā)送它的測(cè)量數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收是采用了可視化編程環(huán)境VB的串行通信組件來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)工控機(jī)的串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，VB串行通信控件會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生On Comm事件，此事件可用來處理所有與通信相關(guān)的事件，不管是何種事件發(fā)生，通信控件只用一個(gè)CommEvent的屬性予以代表。使用事件程序的好處是不需要一直讓程序處于檢測(cè)的狀態(tài)下，只要事先將程序代碼寫好，一有事件發(fā)生，就會(huì)直接執(zhí)行相對(duì)應(yīng)的程序代碼。本系統(tǒng)中通信控件的OnComm事件觸發(fā)后，要實(shí)現(xiàn)的功能為根據(jù)稱重儀表的通訊協(xié)議從接收的數(shù)據(jù)幀中取出相應(yīng)的稱重信息，并實(shí)時(shí)地顯示和存儲(chǔ)到SQL Serv er2000的數(shù)據(jù)表中。

3 應(yīng)用結(jié)果

隨著我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，智能工程、工業(yè)過程測(cè)控也正在朝著電子化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。本系統(tǒng)正是根據(jù)客戶對(duì)數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化的要求而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由于采用了485串行通訊總線進(jìn)行通訊，并采用光纖收發(fā)器通過光纖將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，所以保證了計(jì)量數(shù)據(jù)的全雙工、遠(yuǎn)距離、高速度的傳輸；傳輸線采用帶屏蔽的通訊電纜，并增加485-232數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊ADAM4520進(jìn)行通訊方式的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的抗干擾，確保了聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安全。本系統(tǒng)運(yùn)行可靠，操作簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，提高了客戶的工作效率與質(zhì)量。