基于rs-1855总线的分布式测控系统

基于rs-1855总线的分布式测控系统

1自动化水平及可靠性高近年来，随着计算机技术的发展，自动测量和控制技术也得到了迅速发展。测控系统的设计越来越趋向于智能化、数字化、以及分布式控制与管理,既考虑高的性能和可靠性,又考虑高的性能价格比。目前,许多企业,尤其是中小企业,其旧生产装置的自动化水平仍然相对滞后,需要进行自动化技术改造。而大型企业的新生产线大多采用了先进的DCS或现场总线进行生产监控与管理,从而确保了高的性能与可靠性,但由于大型DCS系统成本相对较高,一般中小企业很难实现。而基于RS-485总线、由计算机、智能仪表和远程测控模块构成的小型DCS系统,性能和可靠性都比较高、且成本较低。这种高性能价格比的小型分布式测控系统,可很好地用于实现实验室自动化和中小企业工业生产自动化。此外,基于RS-485总线的小型分布式测控系统,也可以作为子系统,通过以太网接入大型DCS系统中。2硬件集成2.1冷却水温、反应器及液位本实验装置的测量点包括:反应器径向温度(15个)、导热油温(4个)、冷凝/蒸发器温度(2个)、循环冷却水温(1个)、反应器床层径向压差(1个)、反应器压力(1个)、冷凝器/蒸发器压力(1个)、冷凝器/蒸发器中液氨的液位(1个)和导热油流量(1个)等。控制点包括:导热油温(2个)、循环冷却水温(1个)、冷凝/蒸发器温度、反应器压力(1个)、油流量(1个)、二通电磁阀开关控制(2个)。2.2rs-42c-rs-843个监控站的设计和实现整个测控系统包括主控站和监控站两大部分,如图1所示。主控站(测控室)以PC机为主机,通过一个RS-232C/RS-485转换模块,构架RS-485多路串行通讯总线。监控站是安装于现场的各种远程测控模块和智能测控仪表,以进行分散测量和控制。这样,所有监控站的测量和控制模块以及各种智能测控仪表等,均通过RS-485通讯总线与主控站PC机相连,构成一个可灵活组态的分布式测控系统。2.2.1通讯滤波器模块主控机用PC机,它通过RS-485与各智能仪表和远程测控模块进行实时通讯,从而对整个系统实施监控,并负责全系统的管理工作,如流程图显示、参数设置、参数实时显示、定时功能、定时数据记录(存盘)、定时打印、多媒体报警等等。RS-232C/RS485通讯转换器选用ICP-CON(台湾威达工控)产品I-7520(如图2所示)。该模块除了具备有判断数据流向的能力和数据转换功能外,在RS-232C端与RS-485端之间有一个可耐3000VDC隔离保护,还可以将在传输网络线上的噪声隔离掉。此外,该模块内置一颗“自调节芯片(SelfTuner)”,可以自动将不同传输速度的讯号作转换,使得整个RS-485网络中可以拥有不同的传输速度(1200～115200bps,共8档速度),这样在一个RS-485网络中最多可连接256个(32×8=256)通讯设备。当通讯距离在1200米以上或者通讯设备超过256个时,需要外加中继器(Repeater),这时,在一个RS-485网络中最多可连接2048个通讯设备。2.2.2仪表监控设备现场智能仪表选用6个具有RS-485接口的SWP系列数字显示控制仪,安装于现场中,分别用于导热油温、导热油流量、反应器床层径向压差、反应器压力、蒸发器/冷凝器压力和蒸发器/冷凝器内液氨液位等参数的显示与控制。其中,两个压力智能仪表除了测量压力外,还对两个电磁阀进行开关控制。所有的智能仪表都独立地对各个被监控对象进行分散监控,实测数据显示于仪表屏上。主控机与智能仪表通过RS-285网络进行实时通讯,主机可向智能仪表发送修改仪表内部参数值的命令,并可同时读取智能仪表测得的实时动态数据。此外,在现场还可通过仪表面板操作修改仪表内部参数值。2.2.3模拟量输入模块远程测量和控制模块均选用配有RS-485接口的ICP-CON7000系列产品,包括3个8通道(差分)模拟量输入模块I-7018(输入类型:mV,V,mA,热电偶)、一个3通道热电阻温度测量模块I-7033、一个8通道(差分)模拟量输入模块I-7017(输入类型:mV,V,mA)和一个4通道数模转换(D/A)模块I-7024(输出类型:V,mA)。ICP-CON7000系列模块是一种内置微控制器及计算机接口的智能设备,主控机通过RS-485通讯总线以相同的通讯协议发出ASCII码专用命令对模块进行遥控,由于各节点并行连接,模块与模块、模块与网络之间相互独立,因而大大地提高了系统的可靠性。2.2.4传感器(1)温度热电偶传感器和热电阻传感器;(2)流量LWGY型涡轮流量传感器;(3)家松KYBA11型表压/绝压变送器(0～120kPa,精度0.25%);(4)压力KYB18系列压力变送器(0～1.6MPa,精度0.2级);(5)液体萃取位置磁致伸缩线性位移传感器(0～30cm,最大误差150μm)。3控制装置与智能设备之间的通信主控机与远程测控模块之间的通讯和主控机与SWP系列智能仪表之间的通讯,大致的方法和过程是类似的。3.1平衡差分电路常见的异步串行通讯接口有RS-232C、RS-422和RS-485等,其中RS-232C数据传输速率慢、通信距离短、接口处各信号间容易串扰,而RS-422和RS-485都比RS-232C通信距离长,速度快,在通信距离为12m时传输速率最大为10Mbps;在较低的传输速率100kbps下,最大距离可达1.2km,而且RS-422和RS-485都采用平衡差分电路,消除了信号干扰。而RS-485与RS-422的主要区别在于:(1)硬件线路上,RS-422可采用环路方式通信,但不能采用总线方式通信,而RS-485两者均可;此外,RS-422至少需要4根通信线,而RS-485仅需2根;(2)通信方式上,RS-422可以全双工,而RS-485只能半双工;(3)一般地,RS-422可连接1台驱动器和10台接收器,而RS-485可以连接32台驱动器和32台接收器。实际上,RS-485是RS-422A性能的扩展,是真正意思上的总线标准,它具有更大的组态灵活性。因此,双线制的RS-485在工业上使用最为广泛。这里选用ICP-CONRS-232C/RS485通讯转换器、ICP-CON远程测控模块以及SWP智能仪表等组建的RS-485分布监控网络,具有功能更强、可靠性更高、组态更灵活的特点。3.2仪表通讯格式3.2.1SWP智能仪表的通讯协议要实现主控机与智能仪表之间的通讯,双方必须遵循相同的通信协议。由于智能仪表的通讯程序已固化在单片机EPPOM中,主控机与智能仪表之间的通讯实际应以智能仪表的通讯协议为双方通讯协议。目前市面上智能仪表的品种比较多,通常都配有RS-485接口选件,但不同厂家智能仪表的通讯协议不一样。所以,在编写主控机的通讯程序时,必须弄清该智能仪表的通讯协议。以SWP系列智能仪表Ⅱ型为例,其主要的通讯协议如下:(1)通讯口设置:通讯方式选用RS-485异步串行通讯,波特率为300～9600bps(可由仪表内部参数自由设定)。(2)字节数据格式:1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验。(3)通讯数据传输格式:a.地址传送格式:以双字节(16进制,高字节在前,低字节在后)表示地址,仪表内部参数所对应地址详见有关手册。如仪表参数AH1(第一报警回差值)的初始地址=1516=30ASCII+30ASCII+31ASCII+35ASCII,其地址传送格式如下:b.数据传送格式:分为1字节定点数、2字节定点数、3字节定点数和4字节浮点数等4种传输格式(十六进制)。以3字节定点数为例:3字节定点数=低字节高4位ASCII码+低字节低4位ASCII码+高字节高4位ASCII码+高字节低4位ASCII码+小数点高4位ASCII码+小数点低4位ASCII码一般格式如下:其中,小数点定义为:00—100,01—10-1,02—10-2,03—10-3例:仪表实时测量值的数据=65.2,小数点在第一位(从右到左)其实际定点数=65210×10-1,整数部分=65210=028C16=30ASCII+32ASCII+38ASCII+43ASCII,小数部分=110=0116=30ASCII+31ASCII,故数据传送格式如下:c.仪表通讯帧格式:一般的通讯帧格式如下:其中@为通讯命令起始符;DE为仪表设备号(双字节);帧命令即操作命令(双字节),如表1。帧数据为各种操作命令所对应的数据,动态数据格式参见仪表手册;CRC为校验字节(即DEASCII与帧命令ASCII和帧数据ASCII的异或值);CR为结束符。其中,读命令(RD、RE、RR)的格式如下:发送命令帧:其中各个参数的地址和长度可参见有关仪表手册。正确命令回送帧:错误命令回送帧:正确命令回送帧:4系统程序设计针对化学热泵实验系统,软件设计主要包括实验装置流程图显示、趋势图显示、参数设置、参数报表实时显示、定时功能、定时数据采集和记录(存盘)、定时打印、控制输出、多媒体报警等多项功能。程序用VisualC++6.0在Windows98上开发。其中,异步串行通讯模块用Win32API编程。串行通讯采用事件驱动方式,以提高测控系统的实时性,即创建一个监视线程,以监视串口是否有数据进来。当串口有数据时,自动触发执行指定的数据接收和处理程序。5化学热泵测控系统主理策略以PC机或工控机为上位计算机(主控机),通过RS-485串行通讯接口,与各种配有RS-485接口的智能仪表和远程测控模块等连接构成的分布式监控系统,具有分散程度高,安全可靠,容易扩充,组态方便等特点。该系统已在化学热泵测控中得到很好的应用,其系统设计方法可适用于实验室及中小型企业的测控系统中。3.2.2主控机的通讯流程主控机的通讯流程如图3所示,其中通讯口初始化工作包括串行口的打开、串行口通信参数(