远程采集分析

远程采集分析（精选7篇）

远程采集分析 篇1

1 概述

电能量采集功能已成为继SCADA、PAS功能之后电网调度自动化的又一个基本功能, 并在电能作为商品走向市场的进程中发挥着重要的作用。随着电力行业体制改革不断深化, 电网的运营和管理正逐步向市场开放, 为了实现公平、公正、公开的电力交易原则。电能量计量系统主要实现电厂上网、下网和联络线关口点电能量的计量, 分时段存储、采集和处理, 为结算和分析提供基本数据。若为计量计费系统, 则还包括对各种费率模型的支持和结算软件。概况电能量采集系统是电力营运管理部门进行电量计量的电费核算、用电分析、统计网损线损以及在制定发、供、售电量计划、发布实时电价信息、提供系统优化基础数据的自动化工具。

2 电能量采集系统的功能

2.1 电能量数据采集

主站能采集、处理厂站设备传送的电能量数据, 可以对指定的计量终端实现自动拨号采集数据, 还可以接收本系统内各厂家所配手持式抄表设备的数据, 完成批量数据的录入。主站除可以接收各类规约电能量采集装置传送的电量数据以外, 还应能接收电表产生的其它数据, 如电压、电流、功率因数、电网频率、电表和终端产生的事项和一些遥信数据。

2.2 电能量数据的远距离传输

传输介质以电力行政电话系统为主, 邮电部门提供的公用电话为辅。通信方式宜采用主站召唤式。通信规约应满足带时标电量数据的抗干扰性、高可靠性传送要求, 支持IEC-870-5-102规约, 此外还应能支持与不同通信规约的电能采集器的数据通信。拨号Modem方式的通信速率应能自动识别 (300-56000 Bit/s) 。支持主辅通道及其自动切换功能。具备对各厂站电能量采集装置远方维护、诊断、查询以及下载功能。

2.3 电能量数据定义与存贮

采用面向电网的定义方式, 具备对电网结构以及电网相关设备的描述能力, 支持双表模式的定义, 保证重要关口数据的准确性。能方便地在线修改或定义电能量表计的名称、编号、窗口值、倍率参数、费率、时段 (数量可以任意设置, 时间间隔最小为5分钟) 、存储周期 (不同的数据可以设置不同的时间间隔) 以及数据处理方式、计算结果输出及报表格式等。系统能适应关口名称的变换, 电网结构、设备参数调整等变化。

2.4 数据校验功能

对计量终端或其它系统传送来的电量数据进行合理性校核, 对不合理数据应能提示告警。对于装有主、校表的关口点, 系统对主、校表的电能量数据都进行采集和存储, 根据它们的差额判别电能量数据的有效性;当其差额过大时, 系统提出告警, 并置数据采集标记, 供有关人员使用。对于无校表的关口点, 可以通过和SCADA/EMS系统的积分电能量数据进行比较和判别。

2.5 GPS对时功能

主站系统采用标准的GPS时钟, 主站内部、主站与其它系统、主站与子站 (电量采集终端或智能电表) 定时进行对时, 使子站保持相对时钟误差≤±1秒/天。也可以接收省公司统一时钟。

2.6 基于Web浏览器的数据查询功能

使用浏览器方式, 通过网络或电话或其它接入系统的介质, 即可方便的查询电能量及其相关数据。系统应在Web浏览中具有个性化设计的功能。即每个合法用户都可以对页面上信息显示的内容、布局等, 以便能迅速定位到自己所需的数据上。

2.7 和其它系统的互联

通过路由器、网关等网络设备与光纤、专线、电话等通信介质联接, 实现与其他各种系统互联, 在与各系统进行数据交换时应保证与主数据库的数据一致。

2.8 工况监视及异常告警

具有在线诊断和监视功能, 既可监视主站系统自身的运行状况, 又可监视厂站设备、通道的运行状况, 具有远程对电能量计量系统的测试和诊断功能。对于异常情况及时告警并记录到数据库中。系统的报警采用声音和屏幕窗口提示等方式。系统中的报警和事件信息作为长期纪录保存在指定的分类文件中。

2.9 智能分析功能

系统具有智能分析的功能。能够根据电表数据以及各种损耗, 智能地分析出换表、换CT及旁代事项的发生, 给用户以提示, 由用户人工进行确定, 然后完成电量的计算。

3 投资效益分析

3.1 直接经济效益

我局本次建设的系统, 覆盖了大部门变电站。如果这些站都由专门的抄表人员到现场抄表, 则每个点平均需要2个人花费2个工作日才能完成, 按照现在的工资和差旅费水平则每月可以节省抄表人工费。同时每月还可节省汽车台班费。仅在抄表环节每年可节省很大的一笔费用。

在算费环节, 计费点的表计走码计算、电量统计需要人力花费工作日完成, 在采用集抄系统以后, 则每年可节省算费费用。此外, 系统用采集设备和主站的自动抄表、统计电量代替了以往的人工抄表和手工统计电量, 大大提高了每一块电表的抄见率, 降低了抄表读数错误的可能性。特别是抄表人员需要抄读的电量数据大大增加, 从原来只抄读正反向、有无功变成必须抄读正反向、有无功的峰、谷、平电量, 抄读的量从四个变成了十六个。不但加大了抄表人员的工作强度, 而且抄读数据错误的可能性也大幅度提高。本系统可以对总电量、分时电量 (尖、峰、平、谷) 、瞬时量 (功率、电流、电压) 和最大需量数据进行自动抄读, 经多次核对, 抄读数据的正确性完全达到100%, 这就避免了人工抄表带来的种种不足, 保证了供电企业和电力用户双方的利益。

3.2 间接经济效益

3.2.1 真实的线损水平。

由于本系统在自动抄表时会对采集终端对时, 采集终端又对每一块电表对时, 从主站到现场每一块电表的时钟误差基本上在秒钟级, 保证了整个系统的时标统一, 提高了抄表同时率, 消除了人工抄表时无法避免的抄表同时率低的问题。同时, 人工抄表存在抄读错误、小数点后位数略读等问题, 这在本系统中都是绝对不会出现的。这就带来一个最大的好处:通过集抄系统自动抄表和自动分析计算, 能够反映出变电站、供电线路最真实的线损情况, 消除了人工抄表同时率低带来的计算线损不准确的问题, 这样, 供电企业为降低线损而进行的设备更换、技术改造就能做到有的放矢, 避免了大笔技改资金的浪费。从这个层面上说, 本系统运用与生产也有利于供电企业降低电网供电损耗, 为企业带来非常可观的经济效益。

3.2.2 其他效益。

通过本系统的建设实施并投入生产实际应用, 将在很大程度上改变我局的计量、线损管理, 也可以大大提高工作人员的规范化、信息化、标准化素质, 提高工作效率。

结束语

综合上面几方面的分析, 系统在提高人员素质、提高我局优质服务水平方面产生的间接经济、社会效益, 也是一笔无形的财富。系统投入运行后, 可以大大减轻抄表人员和线损管理人员的工作强度, 也可以使我局的计量工作与以前相比更具有验证、考核、追溯性。同时, 企业管理人员将更简单直观的对电量、线损和计量管理有全面宏观的掌握, 提高管理的时效性, 降低管理成本。

参考文献

[1]朱英伟.地县一体化的电能量采集系统的研究与设计.

[2]李先彬.电力系统自动化[M].北京:中国电力出版.

[3]郑州市电业局.远动及通信[M].北京:中国电力出版社.

多点远程温度采集系统 篇2

温度是一种最基本的环境参数, 人民的生活与环境的温度息息相关, 在工业生产过程中需要实时测量温度, 在农业生产中也离不开温度的测量, 因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件, 热敏电阻成本低, 但需要后续信号处理电路, 而且热敏电阻的可靠性相对较差, 测量温度的准确度低, 检测系统的精度差。本系统选用了美国DALLAS公司DS18B20数字式温度传感器。DS18B20属于单总线智能温度传感器, 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。

本系统由单片机AT89S51、数字温度传感器DS18B20、MAX485、存储器24C04和LCD显示芯片RT12864M组成, 能够远程通信的多点温度自动监测。由于DS18B20为单一总线芯片, 因此较一般芯片节约了大量的硬件。故此系统应用范围广。具有结构简单, 成本低廉, 实时性好, 实用性强和性价比高的特点。该装置适用于日常生活和工、农业生产中的温度测量。

2 多点远程温度采集系统设计

本系统主要由两大部分构成, 分别为现场硬件系统和PC机远程监测系统两部分。现场硬件系统组成主要由PC机、AT89S51、RT12864M、24C04, MAX485和DS18B20构成。存储器24C04主要用于存储DS18B20的序列号。LCD显示器用于显示各测量点的编号、温度以及传感器故障时的指示。单片机调用相应的子程序进行传感器自动识别。数字温度传感器DS18B20接线采用拓扑结构总线结构, 在一根I/O口线上挂接若干只温度传感器。供电方式采用独立电源供电。这种结构硬件电路简单, 方便安装和维修。现场工作人员可通过LCD读取温度值。LCD可以显示区域内所有测温点的温度值, 来达到对现场温度监测的目的, 读取方便。PC机远程监测系统由一台PC机和RS232-RS485转换器组成。PC机主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图1) 。

2.1 数字温度传感器RS18B20。

DS18B20具有单线接口, 仅需一根口线与MCU连接, 无需外围元件, 由总线提供电源, 测温范围为-55℃~75℃, 精度为0.0625℃九位温度读数A/D, 变换时间为200ms, 用户自设定温度报警上下限, 报警搜索命令可识别哪片DS18B20超温度限等特点。单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机通过拉低单总线至少480μs, 以产生 (Tx) 复位脉冲。接着, 主机释放总线, 并进入接收模式 (Rx) 。当总线被释放后, 5k上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后, 延时15-60μs, 接着通过拉低总线60-240μs, 以产生应答脉冲。在写时隙期间, 存在两种写时隙:“写1”和“写0”。主机采用写1时隙向从机写入1, 而采用写0时隙向从机写入0。所有写时隙至少需要60μs, 且在两次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时间。两种写时隙均起始于主机拉低总线产生写1时隙的方式:主机在拉低总线后, 接着必须在15μs之内释放总线, 由5k上拉电阻将总线拉至高电平;而产生写0时隙的方式:在主机拉低总线后, 只需在整个时隙期间保持低电平即可 (至少60μs) 。在写时隙起始后15-60μs期间, 单总线器件采样总线电平状态。单总线器件仅在主机发出读时隙时, 才向主机传输数据, 所以, 在主机发出读数据命令后, 必须马上产生读时隙, 以便从机能够传输数据 (见图2) 。

2.2 PC机远程监测系统。

在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中, 通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送, 就可以利用计算机对生产现场进行监测和控制。在远距离的数据传送和控制时, 采用MAX485的接口转换芯片, 将RS-232转换成RS-485协议进行远距离传送。传送距离可达1200m。在发送和接收端都进行协议转换后, 可以使用计算机中的RS-232进行远距离的数据传送和控制。采用应答方式进行数据通信, 可使用请求发送 (RTS) 、清除发送 (CTS) 或数据终端准备 (DTR) , 数据装置准备 (DSR) 进行硬件握手。在Windows下, 可以很方便地使用Win32通信API函数来实现这些硬件的握手以及数据的传送。在单片机89S51系统中, 分别从P3.0和P3.1引出串口线RXD和TXD通过MAX485电平转换芯片转换成RS-232接口标准的电平, 这样, 二者之间就可以通过RS-232接口进行远距离数字信号的传送 (见图3) 。PC机与单片机之间的通信为单工通信方式, 单片机发送上传温度数据, PC机接受数据。每组数据由总线上所有18B20的温度值组成, 每个18B20温度值的组成格式如下:单位温度值=传感器编号+温度百位值+温度十位值+温度个位值+温度十分位值。在单片机发送每组数据之前先发一个16进制数“D”, PC机接收到16进制数“D”后开始接收数据, 并将其存入相应的存储单元, 否则不接收单片机发来的数据。这样就确保接收数据的准确性。波特率设置:波特率=2400 bit/s。

2.3 数据库管理

主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图4、5) 。

3 实验测试及结果

3.1 LCD显示结果

液晶与CPU的接口采用8位并行方式, 四个温度值在一屏上显示出来 (见图6) 。

3.2 PC远程监测硬件实验。

该部分硬件主要由RS232-RS485转换器和MAX485组成, 实验的目的主要是测定PC机与单片机之间的通信距离, 以及传输过程中数据的稳定性。借助串口调试助手对单片机上传的数据进行分析, 以此来确定数据传输是否准确, 近而制定通信协议 (见图7) 。

上传数据如下:

数据分析:协议规定值 (0D) 、传感器号 (0) 、00号传感器温度值 (00 02 07 01) 、传感器号 (1) 、01号传感器温度值 (00 02 07 02) 、传感器号 (2) 、03号传感器温度值 (0002 07 03) 、传感器号 (3) 、03号传感器温度值 (00 02 07 04) 。

以上数据分析符合传输规定协议, 传输数据没有错误, 只要保证数据格式不便, 在此基础上增加通信距离。

结束语

本系统能够远程多点温度自动监测。具有硬件结构简单、成本低廉、实时性好、实用性强, 性价比高等特点。适用于日常生活和工业生产中的温度测量。

摘要：本系统实现了多点远程温度测量, 自动识别每个温度传感器位置和传感器故障自动报警。PC机和单片机之间通信采用RS-232转换成RS-485协议进行远距离数据传输。通过访问数据库实现对传输数据的定时存储、查询, 删除等功能。系统主要由单片机AT89S51、LCD显示器RT12864M、MAX485, 存储器24C04和数字温度传感器DS18B20组成。

关键词：远距离通信,自动识别,数据库管理,多点测温

参考文献

[1]金伟正.单线数字温度传感器的原理及应用[J].电子技术应用, 2000 (6) :66-68.

[2]马云峰.单片机与数字温度传感器DS18B20的接口设计[J].计算机测量与控制, 2002, 10 (4) :278-280.

[3]郁翔, 赵学增.数字温度传感器DS18B20在温度场测试中的应用[J].导弹与航天运载技术, 2004 (5) :53-56.

[4]李钢, 赵彦峰.1-wire总线数字温度传感器ds18b20原理及应用[J].现代电子技术, 2005 (8) :77-79.

远程数据采集与交互系统设计 篇3

在科学技术发展过程中, 资源信息的共享对科学研究水平的提高具有重要的意义。目前, 在一些企业、高等院校和科研机构中, 由于管理体制与设备使用机制的局限性, 大型实验仪器的使用率极为有限, 造成了大量的资源浪费现象。如果针对大型实验仪器使用远程控制实验, 一方面用户可以在任何时间, 任何地点通过网络进行实验, 有利于用户合理地安排自己的学习、工作计划, 而不再受时间和地点的约束;另一方面则可以提高实验室资源的利用率。因此, 构建大型实验仪器共享平台是符合科学技术发展要求的。

1远程实验系统总体方案设计

1.1 系统的功能及需求分析

对大型实验共享平台而言, 由于构建的是一种新型的实验仪器资源共享平台, 希望能从各种不同设备中获取其各自的实验数据或结果, 以平台通用的格式来传输和存储数据, 便于进入平台的各个用户共享这些实验数据或结果。

通常实验仪器由于功能的不同、生产厂商的不同, 使得获取数据的方式、数据的存储格式等均不相同, 各种实验仪器基本上采用的都是自己专用的数据采集装置, 不能满足大型实验共享平台的要求。因此, 在构建大型实验仪器共享平台中, 如何完成平台中各种不同设备数据信息的采集及处理是实现远程数据交流与共享的关键。

1.2 系统总体结构

根据需求分析, 远程实验系统结构如图1所示。

在实验室本地, 利用FPGA体积小, 速度快, 内部延时小, 可自由编程, 灵活性高等优点[1,2], 以FPGA为核心辅以A/D转换器等设备, 设计出可提供多种接口的数据采集箱。数据采集箱接口多样化, 便于同各种不同型号的实验仪器相联, 并且数据采集箱可以转发简单的控制指令 (如:启动、停止) 。数据采集箱采集到的数据, 在FPGA中完成数据格式化过程 (将数据按照约定编码成统一的格式) 后, 暂存到缓存中, 然后经传输线路将格式化的数据发送到服务器端存储到数据库中永久保存。数据库中数据主要按时间段存储, 时间段的划分由实验用户设置决定, 可以用一次完整实验过程来划分时间段, 也可以用同一个实验分割成几个时间片段来存储数据, 这样有利于日后数据比较分析。

在异地, 用户可以使用PC机通过互联网登录到服务器, 发出控制指令或将数据库中的实验数据下载到客户端。用户即可以用表格的形式显示数据, 也可以将数据导入到Matlab中, 利用Matlab强大的绘图和分析功能, 对实验数据进行更为高效的分析。

2基于FPGA的数据采集箱设计

数据采集箱主要完成对实验数据进行采集和初步处理的功能。数据采集箱可采集的数据种类包括温度、电压、电流、转速等。为了达到“万能”数据采集效果, 数据采集箱还提供了多种接口, 不仅提供了高效、方便的USB接口, 也提供了工业通用的RS 232接口、IDE接口。数据采集箱有温度传感器、电流传感器、旋转编码器、霍尔传感器、A/D等外部器件, 如果由普通的单片机实现, 需要很多的扩展芯片, 而且单片机的时序性强, 它很难同时实现这些功能, 或者以降低系统精度作为代价。所以, 在数据采集箱中采用FPGA 芯片来并发处理系统的各位部分信号, 这样不仅可减少PCB板的面积, 增加抗干扰能力, 同时也减少了成本。数据采集箱结构如图2所示。

数据采集箱的核心:XC2VP30[3]是工业级Virtex-II Pro FPGA器件之一, 逻辑单元Slice有13 696个, RAM为2 448 Kb, 136个18×1乘法器以及8个数字时钟管理模块和644个用户I/O端口, 以及2个工作在350+MH4, 基于FPGA开发平台的BLDCM模糊PI控制器IBM PowerPC 405 RISC 处理器和8个3.125 Gb/s RocketIO收发器, 能提供多达120 Gb/s全双工数据传输。Xilinx的FPGA是基于SRAM工艺, 因此它们是易失的[4], 数据采集箱采用3块FLASH XCF04S ISP PROM来存储FPGA的配置文件。

电流采集利用ADS807完成。ADS807是带采样/保持的高速12位A/D转换器, 采用流水线技术并行处理模拟量。数据采集箱中通过电流传感器采集到电流值, 然后通过ADS807将其转换为12位数字信号传送给FPGA。为了降低噪声的影响, 采用了平均滤波方法对A/D输出进行滤波。基于大型实验平台的特殊性, 本设计采用两个独立工作的转换器构成两通道的模式。

为了得到高精度的速度信号, FPGA对E6B2-CWZ6C增量式旋转编码器的A相脉冲信号进行采集, 被测对象每旋转一周, A相将发出1 000个脉冲信号。

由于各种设备、接口的传输数率不相同, 在FPGA内部为每一种设备或接口开辟独立的缓冲区[5,6]。FPGA对读入的数据, 先编码, 依据读入设备, 添加设备编号和接收时间;然后将读取数据放入缓冲区;当缓冲区满, 接收到清空缓冲区或者发送指令后, 缓冲区数据经网卡发送到服务器端。

3基于J2EE的软件设计

J2EE作为业界开发企业级电子商务的标准技术, 其组件不仅继承了Java 2平台的优点, 如平台无关性、安全性等, 还增加了一系列的企业应用程序编程接口, 如Java消息服务 (Java Messaging Service, JMS) 、企业Java组件 (Enterprise Java Bean, EJB) 、Java命名和目录服务 (Java Naming and Directory Interface, JNDI) 、公共对象请求代理体系结构 (Common Object Request BrokerArchitecture, CORBA) 、远程方法调用 (Remote Method Invocation, RMI) 、Java事务服务 (Java Transaction Service, JTS) 、Java数据库连接 (Java DataBase Connectivity, JDBC) 等[7,8,9]。

本系统服务器端应用基于Struts和Hibernate的MVC (Model View Controller) 设计模式。该设计模式把数据库封装起来, 对业务层提供统一API访问, 节省开发人员的工作量, 它可使整个管理系统的结构层次清晰, 并实现了层之间的解耦, 使开发过程中层与层之间的工作几乎是完全独立的, 极大的提高了系统的开发效率[10], 同时也提供了系统的可重用性和灵活性, 为日后的扩展和维护留有很大的余地。

在服务器端, 主要设计了用户管理模块, 实验数据管理模块, 通信模块。用户管理模块的主要功能是实现用户权限分级, 防止恶意访问。实验数据管理模块主要对接收到的实验数据进行分类、分时间入库, 并建立相应的数据日志和备份。通信模块一方面负责与采集箱通信, 另一方面负责与远程客户端交流, 完成按用户指令采集实验数据、将实验数据提交给用户等工作。

远程实验系统的数据查看页面示意图如图3所示。当用户通过互联网远程登录后, 根据用户权限, 可以自由选择查看特定时间段时内的某个端口数据, 还可以删除冗余的数据。

通常, 数据库中存储的实验数据比较庞大, 单纯的表格有时难以形象地反映实验效果。Matlab是常用的仿真软件, 广泛应用到各种科研领域, 具有强大的绘制曲线功能, 利用这一功能, 本文编写.m文件, 将服务器端的实验数据下载到本地, 然后利用Matlab绘制出图形, 进一步帮助用户对实验结果进行分析。图4是经转换后, 由Matlab绘制出的电机转速波形样图。

4结语

在此对建设远程实验系统的意义进行了探讨, 并设计了远程实验系统结构:以FPGA为核心设备的数据采集箱, 利用J2EE平台以B/S模式对实验数据进行远程读取。今后将在远程实验系统设计方案中设备可靠性进行进一步研究。例如:多用户并发控制实验设备时, 指令发出的先后顺序控制;用户发出错误指令可能导致设备工作异常的处理措施等方面, 还待进一步研究。

摘要：为了提高大型实验设备的利用率, 在此提出利用Matlab、数据库、FPGA和服务器等软硬件设施, 实现远程实验系统数据采集的方案。该方案中设计了基于FPGA的数据采集箱, 利用数据采集箱将大型实验设备和基于J2EE平台的服务器相连接。服务器将采集到的实验数据存储到数据库软件中, 当用户需要时, 可通过网络访问服务器获取数据。在客户机端, 用户还可以采用Matlab还原实验数据, 画出实验数据曲线。

水质远程监测数据采集系统设计 篇4

1 系统设计思路

水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成。水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通的。现场监测模块首先通过各种传感器对反映设备工作状态的数据进行采集, 并进行分析处理和判断, 然后将结果数据进行缓存, 通过与单片机相连的显示模块进行显示, 实现即时显示的功能。现场监测采集模块再通过RS485总线与RTU模块相连通讯, RTU内含有专用的GSM模块, RTU先通过RS485总线把测得的数据进行收集, 然后通过人为设定时间, 按时将收到的水质数据通过GSM模块经过GSM无线网络发送短消息给监测中心站, 实现水质远程监测无线传输。水质监测中心作用为数据监听、接收并将其与数据库进行连接, 将数据保存到数据库中, 完成了水质监测中心对水质参数的接收、保存及管理功能。设计思路框图如图1所示。

2 系统硬件设计

2.1 测量模块设计

系统以AT89C52作为主控单片机, 温度传感器直接与AT89C52单片机相连完成温度的测量, 而p H传感器则需要信号调理电路、抗干扰电路和A/D转换电路后能使单片机完成测量, 然后测量结果可以在液晶显示模块即时显示, 然后通过RS485总线传输出去。

2.2 单片机最小系统

系统以AT89C52最小系统为基础, AT89C52芯片为中心, 在RST端口外接一复位电路, 在XTAL1端口和XTAL2端口外接震荡电路, 然后把VCC和EA端口接VCC。这样一单片机最小系统就成功了。此时单片机就能实行基本的功能, 晶振可以为单片机提供时钟周期, 复位电路可以解决重启问题, EA解决了单片机读取内部存储的问题, 最后VCC和GND保证芯片工作。最小系统图略。

2.3 传感器

p H传感器采用复合电极, 玻璃电极作为测量电极, 甘汞电极作为参考电极, 当氢离子浓度发生变化时, 玻璃电极和甘汞电极之间的电动势也随着变化, 这就是复合电极的测定原理。以玻璃电极为指示电极, 银-氯化银电极为参比电极, 将两种电极形成的复合电极插入待测溶液中, 复合电极和待测溶液形成原电池, 复合玻璃电极的两条输出引线分别接原电池正极和负极。依据nernst方程, 原电池的输出电动势与被测溶液p H值之间满足式E=E0+KT (p Hxp H0) 。E为原电池输出电动势, E0为常数, 为与电极材料, 内参比溶液, 内参比电极以及电位有关的电位差, K为常数, 为nernst系数, T为被测溶液的绝对温度, p Hx是被测溶液的p H值, p H0为复合玻璃电极内缓冲溶液p H值。

2.5 抗干扰电路

由于信号放大电路很容易受到其他信号干扰, 主要表现为工频干扰, 对于谐波的干扰可通过低通滤波器去掉, 要去掉49.5~50.5 Hz的干扰就需要一个陷波器。50Hz工频信号对信号采集有很大影响, 必须除去。本设计采用双T有源滤波器来滤除50Hz的工频信号。电路的中心频率:f=1/2πRC。对于f>f0的高频信号, 两个串联的电容C阻抗很低, 信号可经过电容直接传输到运放的同相输入端即Ui=U+;对于f<f0的低频信号, 电容C的阻抗非常高, 信号可经两个串联的电阻R直接传输到运放的同相端即Ui=U+;只有当f=f0的信号输入时, 分别经过两个通道传输:从高通滤波通道输出的电压比输入电压超前一个略小于π/2的相位;从低通滤波通道输出电压比输入电压落后一个略小于π/2的相位。两路传输到同相输入端的电压正好大小相等、相位相反, 相互抵消, 因此放大器输出电压近似为零。

2.6 12位A/D转换

TLC2543是12位分辩率A/D转换器, 在工作温度范围内10μs转换时间, 11个模拟输入通道, 3路内置自测试方式;采样率为66kbps, 线性误差±1LSBmax, 有转换结束输出EOC;具有单、双极性输出。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了, 其中CLK为输入/输出时钟端。TLC2543是12位串行A/D芯片, 所以模拟信号输入可以只采用一个端口, 本设计采用的是AIN0, 然后只需把TLC2543的主要功能端接在单片机I/O口上就行了。TLC2543接单片机如图2所示。

3 系统软件设计

主程序中首先对系统的各个参数, 变量, I/O口和串口进行了初始化。通过定时器精确计时产生中断, 每中断一次即启动一次AD转换子程序, 读取各个监测通道的测量信号。又通过调用温度检测子程序对测量值进行温度补偿处理测量信号。最后调用LCD1602显示子程序, 将测量值显示出来。完成了对传感器测量信号的采集、处理和显示的主循环。同时把测得的数据进行保存, 保存的位置为自定义的存储空间, 以便查找使用, 然后通过串口中断把数据发送给了RTU, RTU再发送数据给接收设备, 整体主程序如图4所示。

4 结论

本文系统介绍了水质远程监测数据采集系统的设计方法。水质远程监测数据采集系统由监测现场部分和水质监测中心部分两部分组成。监测现场部分主要是由水质监测模块和内部带有GSM模块的RTU单元组成, 水质监测中心部分则是装有环保综合管理信息系统软件的PC机和短信息终端接收设备, 监测现场部分和水质监测中心部分是通过GSM无线网络实现互通, 实现水质远程监测数据采集任务, 对水质监测工作具有一定的参考价值。

摘要：目前水质问题日益严重, 且水质监测数据单一, 不能很好反映污染情况, 所以设计一个水质远程监测系统可以使水质监测工作系统化、信息化。设计的水质监测系统分为现场监测部分和水质监测中心机房部分。现场监测部分主要是现场水质监测采集模块和远程测控模块。水质监测中心部分就是带有数据记录储存的计算机, 用于保存数据。本设计以水的酸碱度为主, 温度为参考量, 用单片机采集参数, 通过485总线可与远程测控模块相连实现水质远程监测数据采集任务。

关键词：监测,单片机,酸碱度,温度

参考文献

[1]王凯军, 贾立敏.城市污水生物处理新技术开发与应用[M].北京:化学工业出版社, 2001.

[2]郭鹏, 孙玮, 韩璞.基于手机短消息 (SMS) 的远程无线监控系统的研制[J].计算机测量与控制, 2002:506-507.

[3]戴卫恒.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社, 2006.

[4]Bates R G, Detemination of pH theory and practice[M].wiley.Water Environment Systems, 1999.

远程采集分析 篇5

本文设计了一种远程脉搏采集系统[1],用单片机MSP430F2274[2]作为下位机实现了脉搏信号采集,并利用蓝牙技术[3]将脉搏信号传输到本地客户机,在Vc++6.0环境下使用Winsock[3]将采集到的数据通过因特网传送至远程的医生端PC机,继而对数据按照相应的生物医学标准进行分析处理,产生的分析结果作为医生对用户的一种重要的诊断依据,系统对于脉率过高的病人系统自动进行语音报警。此外该系统还具有文字聊天和语音聊天功能,方便病人或者病人家属和医生信息沟通。

1 系统总体结构

远程脉搏采集系统(如图1)主要由脉搏采集终端、本地客户端、远程主机端三个部分组成。

脉搏采集终端以单片机为核心外加一些硬件电路主要完成脉搏的采集,本地客户端完成脉率的计算以及显示和控制按钮(包含在客户端界面)。远程主机端包括脉搏信息显示和分析、报警。因特网主要完成脉搏信息、语音和文字聊天信息的传送。

2 系统设计

2.1 单片机采集系统

单片机采集系统由MSP430F2274单片机为核心构成,该单片机支持串口通信。以其为核心构成的采集系统电路简单,成本低。脉搏信号由合肥华科电子技术研究所研发的压电和光电脉搏传感器检测,该信号经电压抬升和滤波后由单片机采集,然后经蓝牙[4]技术由串口送到本地主机。

2.2 客户端和远程主机端程序设计

客户端上位机(即PC机)程序采用VC++6.0编写,程序采用多线程实现,包括脉搏数据采集、语音聊天信号的采集、信号传输(脉搏信号和聊天信息)分别采用不同的线程实现。CserialPort类实现从串口读数据,WaveIn类实现从标准音频口采集语音聊天信号,WaveOut实现语音播放。考虑到远程主机端对脉搏信息的实时性不是很高,为了防止实时传输造成网络拥塞,脉搏信号的传送不采用实时性好的消息机制,而是将采集到得数据存入缓冲区定时发送。语音聊天信号也采用同样的机制,为了减少网络流量,采集的语音信号经过G.729A语音编码标准压缩后传送,接收端解码后播放,具体通过两个类SoundCompres类和SoundDecode类实现。数据显示通过CO-ScopeCtrl类实现。客户端界面如图2。

远程主机端程序也VC++6.0编写程序实现,主要功能包括保存并显示客户端发送的脉搏信号、显示脉率、对于脉率过高的病人系统自动进行语音报警等功能。其主要实现方式与客户端类似。运行效果如图3。

客户端和远程主机端的信息交互主要是依靠网络通信程序实现,它分散在客户端和远程主机端。数据的传送采用Winsock机制[5]。具体的通信流程如图4。

服务器与客户机的工作原理可以用下面的过程来描述:

1)服务器先用socket函数来建立一个套接字,用这个套接字进行监听。

2)用bind函数来绑定一个端口号和IP地址。因为本地计算机可能有多个网址和IP,需要指定一个IP和端口进行监听。

3)服务器调用listen函数,使服务器的这个端口和IP处于监听状态,等待客户机的连接。

4)客户机用socket函数建立一个套接字,设定远程IP和端口。

5)客户机调用connect函数连接远程计算机指定的端口。

6)服务器用accept函数来接受远程计算机的连接,建立起与客户机之间的通信。

7)建立连接以后,客户机用write函数向socket中写入数据。也可以用read函数读取服务器发送来的数据。

8)服务器用read函数读取客户机发送来的数据,也可以用write函数来发送数据。

9)完成通信以后,用close函数关闭socket连接。

套接字不能允许数据的丢失,且有重发的机制,能确保数据发送到目的地。

程序运行时,作为服务器的远程主机端首先运行,并指定端口进行监听,当某个客户端(病人)提出连接请求时,服务器端同意并建立连接,这样,医生和病人就可以自由通信。客户端咨询完成后可以退出连接,服务器端可以继续等待其它客户端的连接。

3 结束语

本文设计了一种远程脉搏采集系统,系统以16位单片机MSP430F2274为核心实现脉搏信号采集,并利用蓝牙技术将脉搏信号传输到本地客户端,使用Vc++6.0编写程序实现脉搏信号的实时

显示、脉率计算等功能,同时利用因特网将采集到的数据传送至服务器端(医生),服务器端接收到数据后再以波形的形式显示出来,对于脉率过高的病人系统自动进行语音报警。此外该系统还具有文字聊天和语音聊天功能,方便病人或者病人家属和医生进行交互。经过实验测试,随身携带的脉搏采集器在离开本地客户机10米内能够将采集的脉搏信号无线传输到客户PC机,同时通过网络可以将数据传送给远端的PC机,文字聊天反应快,语音聊天通话质量清晰。证明该设计方案正确,并实现了设计要求。本研究把远程医疗检测和网络实时通信有效结合起来,极大的方便了医疗人员和心脏病人,为心脏病人的治疗和急救开辟了一种新的模式。

参考文献

[1]李小艳,李兴平.基于DSP的便携式心电数据采集处理系统[J].工业控制计算机,2006:9-19.

[2]胡大可.msp430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2000.

[3]钱志鸿,扬帆,周求湛.蓝牙技术原理、开发与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:113-121.

基于GPRS的远程数据采集模块 篇6

数据采集与工业生产和国民生活息息相关,大到电力部门各变电站的远程监控、矿业生产单位的安全生产,小到社区居民的电表、水表抄表系统,因此数据采集与通信系统直接关系到人们生活质量的提高。传统的电表、水表的数据采集多采取人工抄表的方式,不仅浪费了大量的人力物力,抄表精度也不高;当前的卡式预付费表由于要将付费额与消费量存入IC卡中,作为电表、水表与监控中心的通信媒介,安全性有待提高[1];工业生产中多采用Internet网络通信或是RS 485总线来实现各监测点与监控中心的数据通信,对于采集点分布集中时尚可实现,但是像电力系统变电站等多分布在郊区且节点多的系统来说不仅通信线路的铺设是一笔巨大的费用,受自然环境的影响也特别大,可靠性得不到保障。

GPRS无线上网技术的快速发展给数据采集技术的发展带来了新的活力。GPRS(General Packet Radio Service)是当前GSM网络通信向3G标准的过渡阶段,即2.5G标准。GPRS在现有的GSM网络的基础上引入分组交换的功能,支持TCP/IP协议,可以与Internet直接相通,因此已在消费电子中得到了广泛的应用。GPRS理论最高通信速率可达到171.2 Kb/s,且国内外各大通信公司均推出了各自的GPRS通信模块,稳定性好,完全能够满足各种数据采集系统的需要,因此,GPRS无线通信技术的应用必将给数据采集系统的发展带来巨大的变化[2]。

1 GPRS通信原理及数据采集模块的整体结构

1.1 GPRS无线通信原理

基于GPRS的无线网络通信系统结构如图1所示,主要由三部分构成:位于数据采集现场的GPRS数据采集模块、网络运营商提供GPRS网络与远程服务器。

数据采集模块位于各个数据采集现场,由于移动公司的通信范围已覆盖我国的绝大部分地区,各数据采集模块可分散地安装在各种复杂的地理环境中而不必考虑线路铺设等复杂的问题。GPRS网络是现场数据采集系统与远程监控中心数据交换的桥梁。数据采集模块与测量仪表进行数据通信,将测量仪表产生的检测数据通过移动基站实时发送到GPRS网络服务商所提供的GGSN(Gateway GPRS Support Node)服务器,GGSN分配给GPRS数据采集终端相应的IP地址,从而实现了数据采集终端与Internet的连接,再通过Internet网络将采集的数据发送到位于监控中心的数据采集服务器。GPRS模块可以是始终在线的,因此位于监控中心的工作人员可以实时了解到终端设备的工作情况并做出相应的工作指示。

1.2 数据采集模块的结构

数据采集模块负责检测仪器与远程监测终端的无线数据传输,如图2所示,模块以Winbond的高性能单片机W77E58为控制核心,通过将串口采集到的数据经初步处理后传送给GPRS模块实现无线网络通信。

W77E58是Winbond公司推出的一款快速8051兼容微控制器,它的内核经过重新设计,整体运行速度要比标准的8051快2.5倍。W77E58具有1 KB的片上外部数据存储器和32 KB的FLASH EPROM,省去了外扩SRAM所需的I/O引脚,从而用来扩展键盘与液晶显示屏。

W77E58较为突出的特性是它具有两个增强型全双工串行口,在数据采集模块中可将一个串口采用RS 232协议与GPRS模块进行数据通信,另外一个串口则采用RS 485协议接收检测仪器发送的数据。RS 485是在工业检测现场应用非常广泛的现场总线,总线上一台主机可以与多达32台从机进行通信。在实际应用中可将一台GPRS数据采集模块与多台检测设备通过RS 485总线相连,提高通信模块的利用率,这在电表、水表等低成本的检测仪表无线通信应用中十分重要。

GPRS无线通信模块负责整个系统的数据收发,GPRS无线网络通信需要TCP/IP/PPP协议支持,当前常见的GPRS模块可分为自带TCP/IP协议栈与不带协议栈的两大类,自带协议栈的模块有Simcom的SIM100,使用方便,用户只需通过AT指令来控制数据传输就能实现无线通信,当然价格相对较高;而不带协议栈的模块还需用户自己在单片机中实现嵌入式TCP/IP/PPP协议栈来实现数据传输。考虑到模块的成本与W77E58高性能,这里选用了西门子的MC35i通信模块。MC35i稳定性及性价比都比较高,接口简单,AT指令完善,支持GPRS CLASS 10[3]。使用时只需自行设计外围电路,包括电源供电、RS 232通信、SIM卡接口电路以及通信天线。该模块不带TCP/IP/PPP协议,需要自己编写,在单片机中实现。

2 TCP/IP/PPP协议的实现

通常的Internet网络通信只需实现TCP/IP协议簇,但是对于无线网络的接入还需实现PPP协议。TCP/IP/PPP协议其实是一系列网络通信协议的集合,为了能在资源有限的单片机中实现网络数据传输,只能根据特定的功能来实现相应的协议,这包括PPP,IP,ICMP,UDP,TCP等协议,并在此基础上构建应用程序的API接口。

网络协议采用分层结构,在GPRS无线通信模块中采用了5层结构。如图3所示,位于最底层的是网络硬件驱动程序,也就是GPRS模块的驱动,MC35i与GPRS网络的连接、断开以及数据通信都是通过一系列的AT指令来实现。

接下来是数据链路层,数据链路层控制互联网上主机之间数据链路的建立,该层实现了精简的PPP(Point-to-Point Protocol)点到点协议。GPRS模块在拨号后首先要与GPRS网关进行通信链路的协商,即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵守LCP(Link Control Protocol),PAP(Password Authentication Protocol)和IPCP(Internet Protocol Control Protocol)等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接;PAP协议用于处理密码验证部分;IPCP协议用于设置网络协议环境,并分配IP地址。一旦协商完成,链路已经创建,IP地址已经分配就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。数据传输完成之后,单片机会向GGSN发送LCP的断开连接报文,以终止网络连接。

GPRS模块与网络服务器连接成功后便可以进行数据通信。网际层实现了ICMP协议与IP协议。ICMP协议是网际控制报文协议,负责传递网络状况信息。IP协议为TCP/IP协议中最为核心的协议,它负责数据报路由的选择,以及将上层协议传输的数据包加上IP报头后传送给下层协议,并将下层协议接收到的IP数据包剥离包头检验信息后接收或是丢弃。

传输层实现了TCP和UDP协议。UDP是面向数据报的传输协议,不能保证可靠的数据交付,但开销较小发送数据的时延也相对少。如果对可靠性要求高,可以选择TCP协议,TCP为不可靠的IP连接提供可靠的、具有流量控制的、端到端的数据传输,但对系统资源的要求相应增加。实际应用时可根据传输数据的内容来选取传输协议。

为了方便上层程序调用相关的协议进行通信,可以建立一个数据结构,将本地和远程的IP地址、端口号以及通信状态封装起来构成一个Socket,并提供相应的API函数供应用程序调用,这就是应用层接口[4]。

3 MC35i驱动及AT指令的编写

3.1 MC35i的开关机及初始化

MC35i的开关机需要在模块的ON/OFF引脚上加上脉宽1 s以上的低电平。当模块处于关机状态检测到ON/OFF引脚的下降沿并持续1 s以上的低电平时启动整个模块,同理,当模块启动后检测到持续1 s以上的低电平,则延时8 s关机。所有的AT指令操作都必须在开机状态下才能执行。

开机后还要对MC35i进行初始化来实现单片机对模块的控制:首先要测试模块串口的连接状况,通过发送AT指令,等待模块的回复,返回OK则连接成功,没有响应则表示模块连接存在问题;接着还要向模块发送ATEO指令来关闭回显。回显功能主要用于串口调试,具体应用时应关闭该功能,防止回显字符和返回参数混合。

3.2 MC35i的AT控制指令

MC35i模块是采用AT指令集进行控制的,采用AT指令集可以实现模块参数的设置,数据的发送与接收。AT指令集是调制解调器通信接口的工业标准,指令由ASCII字符组成,除“A/”、“+++”指令外,所有指令都是以”AT”开头,以<回车><换行>结束,绝大多数指令被执行后都有返回参数。

常见的AT指令有:

设置通信波特率:使用AT+IPR=19200命令,把波特率设为19 200 b/s;

设置接入网关:通过AT+CGD CONT=1,“IP”,“CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网;

设置移动终端的类别:通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类,即同时监控多种业务,但只能运行一种业务,即在同一时间只能使用GPRS上网,或者使用GSM的语音通信;

测试GPRS服务是否开通:使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK,则GPRS连接成功;如果返回ERROR,则意味着GPRS失败。

中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多的网关支持节点(GGSN),以连接GPRS网与外部的Internet网络。GPRS模块可以通过拨“*99***1#”登录到GGSN上,并通过PPP协议获取动态分配到Internet网的IP地址[5]。

4 使用需注意的问题

由于GPRS网络通信是以GSM网络为基础,GSM网络的语音通信优先级较高,当GPRS长时间在线但不产生流量时,数据业务的优先级会自动降低,GGSN服务器则会为了节省线路带宽断开其网络连接,此时对于GPRS模块来说,虽说IP地址还在,但已无法进行数据传输。为了防止这种情况导致网络的中断,可在系统中设定“心跳”功能,通过单片机的定时器来实现,每隔一段时间向服务器发送一个TCP数据包,以保证系统的网络连接不断线。“心跳”频率应根据实际情况来设定,频率不宜过高,以免产生过高的额外流量。

由于GPRS无线网络受天气环境影响较大,当出现雷雨等恶劣天气或是信息拥塞时可能会发生数据包丢失、掉线等现象。为了防止丢包的现象发生,可以根据数据的重要性与否采取TCP或是UDP协议,TCP协议具有延时重发功能,对于UDP方式,则必须自行设计校验和纠错规则。对于受干扰掉线的问题则可定时测试网络连通状况,向远程数据终端发送ICMP回显请求(即ping命令),根据终端的应答情况来判断网络状况。当多次请求未回应时即启动GPRS模块重新连接[6]。

当数据采集模块处于电磁干扰特别强烈的电力变压器、电力整流器、电力开关产生的火花等环境中时,GPRS模块和SIM卡运行时间长了偶尔会出现死机的现象,因此要对GPRS模块和SIM卡实时监测。

对GPRS模块的监测:每隔一定的时间对模块进行AT指令测试,如果模块有返回数据则说明模块运行正常,没有死机;如果没有返回,则模块出现问题,此时用单片机控制关闭模块电源,几秒钟后再打开电源,重新启动模块。

对SIM卡的监测:在模块测试完毕后接着发送关于SIM卡的AT指令,如果返回OK则SIM卡工作正常,如果返回ERROR则SIM卡复位或者死机,此时可用AT指令重新启动模块。

5 结 语

本套数据采集模块采用GPRS方式接入Internet网络,不受地点与空间的限制,克服了传统的电力系统设备监控布线困难或是抄表系统效率低,可靠性差的缺点,可广泛应用于电力工矿等生产行业设备运行监控,居民生活区远程抄表系统,甚至于各种远程家居电器控制系统等小流量高实时性的通信系统中。随着3G网络通信技术的成熟与应用,无线网络通信的速度与可靠性将有变革性的提高,相信随着新一代通信技术的发展,基于无线网络的数据采集系统将有着更为广阔的应用前景。

参考文献

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远程IO数据采集器的开发 篇7

在复杂的工业现场环境中,存在着许多干扰信号,各种干扰信号都具有一定的随机性和不确定性。可能会造成逻辑混乱,系统控制失灵,产生误动作,甚至造成生产设备损坏和人身伤害等。严重影响了工业生产的稳定运行和可靠性,影响了产品的质量和生产效率,因此,有效地排除和抑制各种干扰,是现代工业必须深入探讨和急待解决的问题。

另外,在工业现场中,常常遇到被控对象和被测信号分布在各个不同的地方,并且他们与控制站之间也有相当长的距离,连接的信号线和控制线都比较长。一方面存在着导线用量大、接线复杂、故障率高、安装工期长、维修困难等问题。另一方面,过长而且又多的导线在一起很容易产生电感电容耦合,而产生干扰信号,严重影响生产的稳定运行,值得探索相应的措施来解决。

现场总线控制是当今工业控制的潮流,现场总线技术的应用能有效地解决一些实际问题。然而,对于一些中小型设备的改造或者对现有的一些老设备大修改造时,原来的PLC系统还完好,如果改为现场总线控制就会造成很多不必要的浪费。并且,工业现场的一些机械控制对实时性和可靠性的要求也越来越高。那么就需要有更简单方便的方法来解决这类实际问题。

例如在电镀线行车的控制中,以前是把行车上的接近开关、按钮、限位开关直接连到PLC的输入端,行车拖带着很多导线,各种干扰使行车无法正常运行,按照传统的方法,采用电阻电容进行滤波,其效果并不显著,而且还影响了响应的时间。使行车定位不准,对偶尔出现的大的干扰信号无法过滤掉。由于行车拖带的导线长(可达100多m)而多,长时间很容易使导线折断,更换导线也非常困难,而且还产生干扰信号。这些现实问题的存在,必须进行深入探讨,寻找出有效的解决方案。

针对上述工业现场的各种干扰问题、大量复杂的配线带来的一系列问题,以及过滤器的失灵等实际问题,研制开发了远程IO信号采集器(本文简称采集器)。

2 采集器的系统组成和工作原理

所谓采集器是将输入口的位信号以数字形式通过现场总线传递给输出口的一种装置。采集器也是一种形式的总线,它有更好的实时性,而且简单方便。

2.1 系统的组成

采集器系统的组成框图见图1。

通过采集器将现场信号传递给PLC,既保证了集中控制,又保证了长距离信号传输的可靠性。采集器最多可代3个扩展,可传送64位。

采集器设有主机和扩展单元。

主机有3种型号:M01-OC 16点继电器输出,M01-OD 16点晶体管输出,M01-ID 16点晶体管双向输入bilateral。

扩展3种型号:E01-OD 16点晶体管输出,E01-OC 16点继电器输出,E01-ID 16点晶体管双向输入。

其中M01-OC 16点继电器输出主机,可以和16点输入的任意一款集线器相配合。也可单独做为总线式远程IO。M01-OC 16点继电器输出主机,可以和16点输入的任意一款集线器相配合。也可单独做为总线式远程IO。

2.2 工作原理

远程IO信号采集器是采用RS485总线的方式进行通讯,标准帧格式和CRC校验。波特率采用115.2 kb/s。一组采集器最多可传送64位,采集器如果在100 ms内没有进行有效应答则会将所有输出口置零,利用这个特点可对采集器的工作情况进行监视,使上位机做出相应的保护措施。

3 采集器的功能特点

1)点对点的通讯方式,提高了系统运行的可靠性。网络控制存在着单点故障容易扩散的问题,进而造成整个网络系统瘫痪的弊端,采集器采用了点对点的通讯方式,能够有效地克服单点故障殃及周围的问题,使系统运行更加安全可靠。

2)使用方便,便于安装。无须用户做任何编程工作,只需将采集器当作接线端子即可。使用方便,易于安装和掌握。

3)速度快,可靠性高,实时性好。采集器是采用专线专用方式配线,无站号分配。所以速度快,可靠性高,实时性好,安全性高。

4)接线简单、成本低。采集器仅用2根导线就可以取代原有的远距离的诸多繁杂接线,既降低了安装成本、又减少了安装工期,使安装接线更加容易,降低了故障率。

5)监视功能强、维修方便。每组采集器的状态都有相应的指示灯,运行状态一目了然,具有监视功能强、便于故障诊断、维修极为方便的特点。

6)配置灵活,通用性强。根据生产要求,选择的系统配置各不相同,然而,采集器能够和任何一种PLC配合使用,可以灵活配置,具有通用性强的特点。

7)抗干扰能力强。采集器采用了差分输入方式,工业信号实现现场采集数字传送时,采集器能有效地防止信号在传输过程中受到的各种干扰,具有较强的抗干扰能力。

8)取代了原来的过滤器,节省了大量的导线,减少了干扰信号,提高了抗干扰能力。

4 效果验证

以采集器在电镀生产线上的应用为例。电镀生产线上通常有2个至5个行车运行,其中一台行车的控制大约需要6个接近开关、5个限位开关等控制元件,控制线和电机的驱动线共用16棵线走在同一个扁平电缆内,电缆长度约100余m,对2个以上行车的控制就需要几十个开关控制,控制线和电机驱动线就更多,诸多的电缆线在系统运行时必然产生一定的电磁干扰。另一方面,行车的行走是采用变频器来控制的,变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电的装置[3],当变频调速系统的容量足够大时,所产生的高频信号将足以对周围各种电子设备的工作形成干扰,影响周围设备正常工作,为了避免控制信号、变频器等带来的各种干扰,传统的方法是采用PLC现场信号过滤器来抑制干扰,现场信号过滤器主要是阻容吸收电路,电容小了过滤效果不好,电容太大又会影响响应时间,并且电网的波动有时也会造成过滤器失灵,使得行车常常发生定位不准,误动作等故障,严重影响了生产效率和产品质量。

电镀线对行车的基本要求是:行走速度快,定位准确,行走时平稳性能好。

采用远程IO信号采集器取代现场信号过滤器后,充分体现了其优越性:

1)由于采集器是采用点对点的通讯方式,所以具有更好的速度性和可靠性。有效地解决了变频器对控制信号的干扰问题,消除了误动作,提高了系统运行的可靠性;

2)用传统的现场信号过滤器时,行车计位用接近开关的检测距离是20 mm,采用采集器时,行车计位用接近开关的检测距离是10 mm,检测距离提高了一倍,从而提高了器件的响应时间,大大提高了行车的运行速度和行车的定位精度,解决了现场信号过滤器响应时间慢使定位不准确的问题;

3)取代了原来的现场信号过滤器,增强了抗干扰能力,还将原来的几十根导线减少为2根线,大大减少了导线用量,进而减少了由于导线折断等因素而引起的故障,既降低了成本,又提高了生产效率和系统运行的可靠性;

4)采用采集器配线少,安装简单,减少了安装周期;

5)采集器上具有相应的状态指示灯,使运行状态一目了然,便于故障诊断,给维修带来了极大的方便。

行车控制的原理图见图2。

系统的开关量接在采集器主机的输入单元,主机的输入单元安装在现场,主机的输出单元安装在控制柜里,取代了原来的过滤器,也取消了原来在现场和控制柜之间连接的大量导线,输入单元与输出单元之间只需两屏蔽线,大大减少了导线的根数。使接线和维护变得极为简单。经过1 a多现场使用证明,其可靠性大大高于原来的方法,1 a多来,行车运行稳定,从未出现过现场信号干扰等因素带来的错误动作。

5 结论

通过生产实际的验证,应用采集器能够有效地抑制复杂工业现场中的各种干扰信号,实现了系统的安全稳定运行,克服了网络控制单点故障容易扩散的弊端,解决了原来采用过滤器的不足,并且,对生产线的改造耗时少,费用低,安装接线简单,系统运行安全可靠,故障显示一目了然,维修方便,给用户带来了极大的方便和良好的效益。

摘要：针对工业现场中各种干扰信号对生产的严重影响和工程安装中的接线复杂问题,研制开发了远程IO数据采集器,通过大量的试验证明,远程IO数据采集器能有效地抑制现场的信号干扰,由于采用了点对点的通讯方式,使系统运行具有良好的可靠性和实时性。并且仅用两根导线就能取代原有的繁杂接线问题,使安装变得简单方便。

关键词：抗干扰,远程,点对点

参考文献

[1]刘高鏁.单片机实用技术[M].北京:清华大学出版社,2004.

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