摘 要：采用RS485總線通訊技術(shù)，利用電子設(shè)備本身的資源，提出了一種基于個人計算機的低成本集散系統(tǒng)解決方案，應(yīng)用于多家水泥廠的配料生產(chǎn)線控制，效果良好，取得了較大的經(jīng)濟和社會效益。 關(guān)鍵詞：個人計算機 集散系統(tǒng) RS485 數(shù)據(jù)采集模塊 變頻器 1． 引言 為數(shù)眾多的中小企業(yè)，在我國的國民經(jīng)濟中占有重要地位，這些企業(yè)大多設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，急需技術(shù)改造。利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，是我國的一項基本產(chǎn)業(yè)政策，也是這類企業(yè)生存、發(fā)展、提高競爭力的迫切需要；但是現(xiàn)代集散系統(tǒng)的高昂成本，阻礙了在這類企業(yè)的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的發(fā)展，各類電子設(shè)備特別是電子計算機的價格不斷下降，而綜合性能卻不斷提高，這就為低成本集散系統(tǒng)的開發(fā)提供了條件，在此基礎(chǔ)上，我們成功開發(fā)出一種適合中小企業(yè)的集散系統(tǒng)，在完全滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)了低成本。 2．系統(tǒng)構(gòu)成 中小企業(yè)集散系統(tǒng)一般規(guī)模較小，現(xiàn)場控制量不多。控制的變量主要有：開關(guān)量的輸入輸出，模擬量的數(shù)據(jù)采集，交流電機的起停、轉(zhuǎn)速控制等。根據(jù)上述特點，考慮與現(xiàn)代企業(yè)信息系統(tǒng)集成能力，我們按二級結(jié)構(gòu)設(shè)計集散系統(tǒng)。 2．1 過程控制級： 采用通用微型計算機，內(nèi)置工業(yè)以太網(wǎng)卡，通過工業(yè)以太網(wǎng)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)、基礎(chǔ)控制計算機進行通信，完成系統(tǒng)監(jiān)控功能。 2．2 基礎(chǔ)控制級： 基礎(chǔ)控制計算機也采用通用型微型計算機，內(nèi)置工業(yè)以太網(wǎng)卡，通過工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)和上位機的通訊。同時在其標準的RS-232串行通訊接口上，裝設(shè)5V電源的光電隔離RS232/RS485轉(zhuǎn)換器，構(gòu)成了一個RS485總線系統(tǒng)。RS485采用平衡發(fā)送接受方式，具有傳輸距離長，抗干擾能力強和多站功能。4017是遠端數(shù)據(jù)采集模塊，用于模擬量數(shù)據(jù)采集；4050是遠端控制模塊，用于開關(guān)量輸入輸出；變頻器為富士FRN7．5G11S型，用于交流電機的控制。在基礎(chǔ)控制級中，由基礎(chǔ)控制計算機作為主站，模塊和變頻器作為從站，組成了一個基于RS485通訊協(xié)議的主/從式網(wǎng)絡(luò)。 3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計 3． 1 軟件的選擇 一般情況下，大型集散系統(tǒng)都是采用工控組態(tài)軟件如FIX，RSVIEW等制作上位機畫面，而用梯形圖語言實現(xiàn)PLC的編程。這種方案成本較高，所以現(xiàn)在小型集散控制系統(tǒng)中，趨向采用通用的高級語言設(shè)計工程軟件，如用VB，VC++，DELPHI等編制監(jiān)控畫面。在這個方案中，我們采用VB編制上位機監(jiān)控程序和基礎(chǔ)控制計算機控制程序，由于一般工程技術(shù)人員都能熟練掌握VB編程技術(shù)，這就避免了從頭開始培訓使用專業(yè)的組態(tài)軟件和PLC編程軟件，縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期，也節(jié)省了購買大型組態(tài)軟件的費用。利用VB高級語言的強大功能可以很容易地實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理，使監(jiān)控和管理溶為一體，這也是一般的工控組態(tài)軟件所不能達到的。 3．2 基礎(chǔ)控制計算機與485接口設(shè)備通訊的實現(xiàn) 基礎(chǔ)控制計算機與遠端數(shù)據(jù)采集控制模塊、變頻器、其它485接口設(shè)備通過RS485總線構(gòu)成了一個主從式的通訊網(wǎng)絡(luò)，基礎(chǔ)控制計算機作為主站，向遠端數(shù)據(jù)采集控制模塊和變頻器發(fā)出控制指令，而模塊和變頻器作為從站，收到控制指令后，執(zhí)行指令并向主站發(fā)出回應(yīng)信號，模塊、變頻器及其它485接口設(shè)備統(tǒng)一編址，都是具有不同站號的從站，主站輪流向每個從站發(fā)出控制信號，并接受不同的從站的返回信號，從而對每一個從站進行控制，并采集數(shù)據(jù)。從站和從站之間不能通訊。計算機、模塊、變頻器及其它485接口設(shè)備的通訊端口統(tǒng)一設(shè)置為：波特率 9600，偶校驗，數(shù)據(jù)位8位，停止位1位。 3.2.1 　4017與基礎(chǔ)控制計算機之間的通訊協(xié)議 向4017發(fā)出的報文（指令）結(jié)構(gòu)如下： # 是單字節(jié)ASCII # 字符（值為23H），表示要求讀取模擬量輸入值； ADR 是兩字節(jié)ASCII碼，表示模塊地址； CR 是單字節(jié)ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結(jié)束。 4017返回的報文如下： DATA0-DATA7都是七字節(jié)ASCII碼，表示0-7通道模擬量值，包含一位符號位，一位小數(shù)位，五個數(shù)字位。4017模擬量通道定義為±5 V。 CR 是單字節(jié)ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結(jié)束。 3.2.2　4050與基礎(chǔ)控制計算機之間的通訊協(xié)議 向4050發(fā)出的報文結(jié)構(gòu)如下： # 是單字節(jié)ASCII #字符（值為23H），表示要求改變模塊輸出狀態(tài)； ADR 是兩字節(jié)ASCII碼，表示模塊地址； NUL是兩字節(jié)ASCII NUL字符，（值為00H），表示改變?nèi)?位狀態(tài)； DATA是單字節(jié)區(qū)域，表示8位輸出狀態(tài)； CR 是單字節(jié)ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結(jié)束。 此時4050返回的報文如下： >是單字節(jié)ASCII > 字符（值為3EH），表示模塊已接受命令； CR 是單字節(jié)ASCII CR字符（值為0DH），表示報文結(jié)束。 3.2.3 變頻器及其它485接口設(shè)備與基礎(chǔ)控制計算機之間的通訊協(xié)議． FRN7．5G11S型變頻器是富士公司的5000系列變頻器中的一種，該系列變頻器功能十分強大，可以通過多種方式對電機進行控制，可以通過前面板上的按鍵進行本地控制，也可以通過開關(guān)量端子進行控制，還可以通過RS485端口進行遠程控制。 在實現(xiàn)計算機與變頻器通訊之前，必須首先設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)，根據(jù)實際需要，所設(shè)參數(shù)如下： H30：RS485連接功能。此參數(shù)為3時，從RS485口輸入的頻率設(shè)定和運行命令有效。 H31：用來設(shè)定變頻器的站地址。 H34：傳送速度，此參數(shù)為2時，為9600BIT/S。 H35：數(shù)據(jù)長度，此參數(shù)為0時，為8位。 H36：奇偶效驗，此參數(shù)為1時，為偶效驗。 H37：停止位，此參數(shù)為1時，為1位停止位。 由于本系列變頻器功能十分強大，向變頻器發(fā)送的命令種類很多，報文也有多種格式，在此只列一種。 變頻器啟動，停止，報文格式如下： SOH是單字節(jié)ASCII SOH字符，（值為01H），用來表示報文的開始。 ADR是雙字節(jié)區(qū)域，它包含了從站變頻器的地址。 ENQ是單字節(jié)區(qū)域，表示主站發(fā)出命令． f是單字節(jié)ASCII f字符，控制變頻器運行命令。 DATA是四字節(jié)區(qū)域，"0000"表示停止,"0001"表示正轉(zhuǎn),"0002"表示反轉(zhuǎn)。 EXT是單字節(jié)ASCII EXT字符，（值為03H），用來表示報文的結(jié)束。 BCC是雙字節(jié)區(qū)域，用做報文效驗，它的值是報文中從LGE 到HSW所有字節(jié)之和的后兩位，若變頻器收到帶有錯誤結(jié)果的報文，它將放棄此報文并拒絕應(yīng)答。 其它485接口設(shè)備包括積算儀表、沖板流量計等，都帶有類似協(xié)議。 3.2.4 基礎(chǔ)控制計算機通訊軟件的設(shè)計 MSComm控件是Microsoft 公司提供的ActiveX控件，它實現(xiàn)了從微機串口讀數(shù)據(jù)和向微機寫數(shù)據(jù)，通過改變其屬性，編寫相應(yīng)的程序代碼，我們能夠比較方便地編出基礎(chǔ)控制計算機的通訊軟件。MSComm控件的主要屬性如下： Commport ：設(shè)置并返回通訊端口號，設(shè)置為1，即選擇串口1。 Settings：設(shè)置并返回波特率，奇偶效驗位，數(shù)據(jù)位，停止位。統(tǒng)一設(shè)置為"9600，8，e，1" . Portopen：設(shè)置并返回通訊端口狀態(tài)，用來打開或關(guān)閉端口。 Input：從通訊控件的緩沖區(qū)獲取數(shù)據(jù)，運行時為只讀。 Output：向傳輸緩沖區(qū)寫數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)可以時文本格式或二進制格式，運行時為只讀。 InBufferCount：返回接受緩沖區(qū)的字符數(shù)，將其屬性設(shè)置為0用來清接受緩沖區(qū)。 Inputmode：設(shè)置或返回Input屬性取回的數(shù)據(jù)類型。置0為文本格式，置1為二進制格式。 以控制變頻器為例，變頻器地址為6時啟動電機程序如下： Dim X （7） as String MSComm. Settings="9600,e,8,1" MSComm. InBufferCount=0 MSComm .Inputmode= comInputmodeBinary X（0）= CHR$（01H）:X（1）="06":X（2）=CHR$（05H）:X（3）="f":X（4）="0001":X（5）= CHR$（03H） X（6）="92" X=X（0）+X（1）+X（2）+X（3）+X（4）+X（5）+X（6） MSComm. Output=X 3．3 監(jiān)控軟件設(shè)計 監(jiān)控軟件采用 VB編程語言編程。相對于其它高級語言，利用VB的圖象控件能夠比較容易地編制出美觀的監(jiān)控畫面，利用WinSock實現(xiàn)Socke套接字完成局域網(wǎng)內(nèi)的通訊，利用VB的數(shù)據(jù)庫功能實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的存儲、報表打印，從而實現(xiàn)了監(jiān)控功能。 4． 實際應(yīng)用案例 河北遷安沙灤水泥廠一條生料配料生產(chǎn)線，兩條熟料配料生產(chǎn)線采用了該項技術(shù)，對每條生產(chǎn)線的七至八種物料進行配比控制。由DCS輸出開關(guān)量控制電振機將物料放入秤斗，輸入模擬量檢測重量，輸出開關(guān)量控制開關(guān)門電機將物料放出秤斗，從而控制每種物料達到工藝要求的流量和配比，并且集中監(jiān)控各生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀況。如果采用一般集散系統(tǒng)控制，設(shè)備費用約二十萬元左右，而采用該系統(tǒng)僅需要六、七萬元。實際運行表明，該方案滿足用戶要求，并能長期穩(wěn)定運行。 5． 結(jié)束語 在小型的控制系統(tǒng)應(yīng)用中，如果采用一些流行的過程控制網(wǎng)絡(luò)，那么在通訊，模擬量處理等方面，投資很大。本方案充分利用了計算機，變頻器本身的資源和通用的軟件技術(shù)，達到了降低成本的目的。在具有同樣性能的前提下，投資只有流行方案的35％～50％，目前已有二十余套系統(tǒng)成功地應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過程中。