6ES7317-6FF04-0AB0安装调试

 1、问题的提出

    原带钢水处理系统主要是由1D、2D、3D三台水泵电机中任意两台从吸水井中抽水，通过磁分离器过滤进入1#水井，然后由15D或16D水泵电机从1#井中抽水供精轧机组冷却用水，17D或18D水泵电机从1#水井中抽水向粗轧机组和卷取区域供水，水对设备冷却后流入地沟，顺地下管路自动流回沉淀池。正常生产时，通过调节V101、V103阀门调节水量，多余的水流入沉淀池中，生产不连续时，通过V102阀门水流回池中。（如图1所示）1D、2D、3D功率为135kW，15D、16D、17D、18D功率为260kW，起动方式为直接起动，这种大功率电机带负荷起动，对电网电压影响非常大，降低电机寿命，所以使电机不能频繁起动，只有在长时间停轧时才能停电机，致使在短时间内停轧只能使水走旁路，造成资源浪费。因此带钢车间水处理系统必须进行改造。

 图1：带钢水处理供水系统图

    2、解决方案

    2.1总体思路

    改造后本系统共包括1D、2D、3D、15/16D、17/18D5套变频调速装置及S7-300型PLC一台，其中1D采用安邦信G9-160T3变频器，2D、3D、15/16D和17/18D采用安邦信G9-280T3变频器，如图2所示，该系统全部采用自动、手动与三段速度三种控制方式。

                             图2：水处理电气控制图

与labview或VB等编程系统组成的上位机通过RS232进行控制和数据采集，实践证明此系统不仅体积小、成本低，而且是一种运行可靠、安全、高速的控制系统。
关键词：MCS-51；数据采集；过程控制；labview

0 引言
近年来自动化控制领域日新月异，诸如PLC、DCS、PAC等控制系统层出不穷，但是诸如此类的控制系统的应用需要相对昂贵的成本，一方面为了方便客户使用，控制系统生产厂家极力推行自己的编程语言，而在科研领域，大部分科研人员都已熟练掌握了C语言、VB等编程语言，一些科研项目的建设完全没有必要采用PLC、DCS等动辄几万甚至几十万元的控制系统作为一次性的试验投入。因此本文介绍一种基于51单片机构成的工业控制采集系统，成本不足千元，并且可以满足相当一部分工业控制采集系统的需要。

1 系统组成
本系统由以下芯片组成：一片89C52单片机(限于篇幅，管脚说明见参考文献)、两片MAXl86AD采集、两片74HC573作为开关量输出锁存、两片74LS245作为开关量输入信号缓冲、一片MAX232C用于与上位机通讯。16个采集通道部分原理图如图l所示。

MAXl86CS片选信号接单片机P2．7口，P2口一共可以接四片MAXl86，分别接P2．7、P2．6、P2．5、P2．4，如果需要更多的模拟量采集则需要使用74HCl38来进行译码，以扩展单片机接口，不过系统运行速度会减慢。
开关量的输入采用74LS245进行缓冲，每片74LS245外部可以连接8个开关量输入信号，缓冲器74LS245的CS片选信号接单片机P3的空引脚，例如P3～5位，当需要更多的开关量输入信号时候可增加一片74LS245，将片选信号端接单片机P3口剩余的空引脚，如果空引脚不足，则需要将各片选信号接74HCl38译码器来根据需要扩展。
图2所示为一片74LS245组成的8个开关量输入通道。

开关量的输出采用74HC573进行锁存，每片74HC573可以输出8个开关量信号，通过三极管8150放大信号后驱动继电器线圈，如图3所示。锁存器74HC573的选通信号由单片机P3～7位控制，锁存允许信号直接接地，在P3～7为O时锁存器输出为P0口数据，可利用单片机P3～6位控制另外一片74HC573的选通与否，以扩展开关量输出口。

通讯部分采用芯片MAX232C与上位机通讯，具体接线如图4所示。

此通讯电路仅能实现15m的通讯距离，如果需要更长距离通讯，则需先将信号转换为RS422全双工信号，在计算机一端再转换为RS232接入计算机即可。

2 编程环境及程序
本系统使用Keil V3．0作为编程环境(编程环境介绍见参考文献)，MAXl86采集子程序如下：

开关量输入输出部分的程序在main函数中，由串口收到的上位机开关量状态数据直接作为单片机输出数据输出到P0口，P0各位作为一个开关量通过图3所示的放大电路驱动各开关量负载。单片机开关量输入数据直接发送回上位机回显单片机Pl口各位状态。

3 结束语
本系统通过PCB制板封装后，调试正常，16路数据采集正常，16路开关量输入、16路开关量输出正常，工作可靠安全，可脱离上位机单独使用。如果需要扩展输入输出端口，只需使用MODBUS协议将此套系统组成RTU设备网络即可实现。本系统不建议采用多片选通的方式增加输入输出口，这样系统执行速度会受到影响，采用STC89C52单片机一片不足5元，为了系统安全可靠的运行，所以采用多片单片机组成MODBUS网络来进行扩展可以增加系统可靠性，而且每个控制模块出现故障时不影响其他控制模块的正常运行和通讯

1引言
　　在现有的工业监控系统中，常用的信息传输方式有：数字微波、数传电台、有线光纤、有线电缆等，数字微波和数传电台将受到传输距离及频率许可的限制，而有线光纤和有线电缆的网络成本较高，不适合监控点非常分散及传输距离较远的情况下使用。
　　针对监控对象分散、各监控节点间缺乏有机联系、监控信息量相对较少，实时性要求较低等特点，CDMA 1X提供了一种很好的信息传输方式。
　　CDMA 1X愿意是指CDMA 2000的阶段（速率高于IS-95，低于2MB/s），可支持308kb/s的数据传输，网络部分引入分组交换，可支持移动IP业务，是在现有CDMA IS-95系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为CDMA用户提供分组形式的数据业务。
　　由于CDMA 1X采用了反向相干解调，快速前向功控、发送分集、Turbo编码等新技术，其容量比IS-95大为提高，从理论分析结果来看，如果用于传送语音业务，CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的2倍，如果用于传送数据业务，CDMA 1X系统的总容量是IS-95系统的3.2倍，CDMA 1X理论带宽可达300kb/s，目前的实际应用带宽大约在100kb/s左右（双向对称传输），在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于Internet连接、数据传输等应用。
2 基于CDMA 1X的无线通信
2.1 组网方案
　　无线数据传输系统一般由数据业务中心、通信网络和数据终端组成，综合考虑业务数据量、安全性、可靠性、网络状况与成本等因素，采用下述组网方式：通信服务器以公网固定IP或固定的域名接入Internet，CDMA数据终端单元（DTU）上电后，主动与通信服务器建立连接，如果通信服务器没有固定IP，可以通过安装花生壳软件获得固定的域名，此方案具有成本低、通信质量稳定、安全性适中、运行可靠等特点。

2.2 无线数据传输原理
　　根据上述组网方案，数据的上行传输原理如下：
　　（1）下位机通过RS232串口将数据传给DTU；
　　（2）DTU将数据打成TCP/IP包，发送到无线网络；
　　（3）TCP/IP数据包经系统分组数据服务节点，传输至Internet上并且去寻找在Internet上的一个指定的数据服务中心（通信服务器）；
　　（4）通信服务器将数据传给上位机并存储到历史数据库。

数据的下行传输与上述过程相反，不再赘述，系统通信结构图如图1所示。

3 系统设计
3.1 上位机设计
　　上位机包括实时监控系统和历史数据库两部分。
　　实时监控系统选用Wonderware公司的InTouch系统，主要实现以下功能：系统管理功能；数据处理功能：包括数据查询功能、数据存储功能、数据定时上报功能；告警功能：包括实时响应功能、告警联动处理功能、告警设置功能、告警确认功能、告警存储功能，操作控制功能，历史数据库选用Wonderware公司的Industrial SQL Server，主要实现以下功能：数据统计、报表功能、历史数据查询功能、历史数据曲线图、打印功能。
3.2 下位机设计
　　下位机选用ABB AC31系列PLC，包括CPU模块和I/O模块，CPU接收一个或多个指定监控中心对设备的操作控制命令，通过I/O模块对有关设备执行相应的操作控制动作，并向监控中心返回操作结果,下位机主要实现以下功能：数据采集功能，数据查询功能，定时上报功能，操作控制功能。

3.3 CDMA数据传输中断
　　CDMA数据传输中断选用深圳宏电技术开发有限公司的CDMA H7710 DTU该终端具有如下特点：
　　（1）H7710 DTU直接提供RS232/422/485接口，为用户的数据设备提供透明、全双工、对等的数据传输通道。
　　（2）普通GPRS/CDMA Modem通常需要附着在PC机上虚拟拨号上网，利用PC机的资源进行数据收发和协议转换，H7710 DTU内置自动网络连接和协议处理模块，无需后台计算机支持。
　　（3）H7710 DTU可以实现点-点、点-多点、中心-多点的对等数据传输，传输时延一般小于1s。
　　（4）H7710 DTU一开始就能自动附着到GPRS或CDMA网络上，并与您的数据中心建立通信链路，随时收发用户数据设备的数据。
　　（5）H7000移动数据通信可以不依赖于运营商交换中心的数据接口设备，通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络。
　　CDMA H7710 DTU在使用前必须设定出事参数：CDMA 1X网络登陆用户名和密码，通信接口参数、通信服务器的固定IP地址和端口或者通信服务器的域名、DTU的在线工作方式等等。
3.4 通信服务器的设计与实现
　　通讯服务器是整个系统的枢纽，主要实现不同协议之间的数据传输，通信服务器的设计基于OPC标准，OPC可理解为过程控制的对象连接和嵌入（OLC for Process Control）是在微软操作系统下开发的用于应用程序接口的一种技术，基于Client/Server模式，为了实现整个系统的通讯，在通讯服务器上需要装3个软件；Wonderware公司的OPCbbbb，IOServer公司的IOServer，CDMA Server。通讯服务器的工作过程及各软件之间的管理如图2所示。

下面分别讲述通讯服务器上的3个通讯软件的功能及应用。

3.4.1 OPCbbbb
　　OPCbbbb是工作在bbbbbbs平台下的应用软件，主要作用是通过协议转换来实现OPC服务器和InTouch吴志剑的数据传输。OPCbbbb可以与现地或者远程的OPC服务器端软件（如IOServer，RSLinx）进行连接，他将InTouch的命令转换成OPC协议然后发送到OPC服务器端软件，并从OPC服务器端软件读取数据，返回到InTouch。同样，OPCbbbb也可以连接到现地或者远程的InTouch。
3.4.2 IOServer
　　IOServer的作用是实现不同协议间的数据传输，IOServer支持以下14种协议：Modbus协议，AB协议、ASCII协议、Courier协议、DNP协议、GE协议、HR6000协议、IEC103协议、KingFisher协议、LoopBack协议、Melsec协议、Omron协议、TI505协议、UCA2协议。在本系统中，ABB
PLC采用的是Modbus协议、因此，IOServer从CDMA Server上读取ABB PLC的数据，并转换成TCP/IP协议，传送给OPCbbbb。
　　IOServer的配置主要包含以下3部分：
　　（1 ）Board（接口配置）：IOServer支持多种接口，其中常用的是TCP/IP和串口，在配置接口的时候，需要定义所连接设备的协议；
（2 ）OPC Explorer：提供内部测试的平台，也可进行数据观察和监视。
（3 ）OPC Gateway：允许基于不同协议的各OPC服务器之间的数据传输，以及IOServer和某个控制单元之间的数据传输。
3.4.3 CDMA Server
　　在本系统中，使用VisualC++6.0编写CDMA Server软件，CDMA Server作为整个系统的通讯枢纽，包括两部分功能：与IOServer进行通讯，与DTU进行通讯。
　　CDMA Server与IOServer的通讯基于SOCKET编程，采用TCP/IP协议进行传输，需要设置端口和IP地址，IOServer通过此端口和IP地址与CDMA Server建立通讯。
　　CDMA Server和DTU之间的通讯使用开发包中动态库wcomm_dll.dll，该文件包括和DTU通讯所需要的全部API函数，包括服务的启动、数据发送、数据接收、关闭服务等。
　　OPC Server与DTU的通信设计是基于开发工具包的用户程序接口,即动态链接库cdmagprs.dll，该库包括了与DTU通信所需要的全部API函数，例如：
　　start_gprs_server：该函数用于启动底层服务，服务启动后和DTU通讯，启动该服务后，主窗口中要有响应消息的函数，以便和底层服务通讯。
stop_gprs_server：停止服务；
do_read_proc：读数据。底层服务接收到DTU发送的数据后，会向启动服务函数中指定的DSC的窗口发送消息，该窗口中的消息响应函数应立即调用读数据函数将DBU发送过来的数据读出；
do_send_user_data：向DTU发送数据；
da_close_one_user：关闭一个DTU终端，令其下线；
do_close_all_user：关闭所有的在线DTU终端，一般停止服务前执行该API。
　　由于bbbbbbs基于消息驱动的，底层服务接收到远端DTU的数据后，会向启动函数的窗口发送一个消息，因此，我们可以在程序中定义一个消息响应函数来处理中心与DTU的数据传输，消息响应函数中，通过调用动态链接库中的数据接收函数和数据发送函数来传输数据，当数据传输结束后，调用关闭服务函数来结束通讯。

4 实验及结果分析
　　实验步骤如下：
　　（1）设置DTU主要参数：
　　DTU身份识别码：
在线报告时间间隔：40s
本地通讯端口：5001
大传输包长：1000B
主DSC IP地址：2

　　（2）在CDMA Server上添加用户，如图3所示，其中终端端口与DTU上设置一致，为5001。网关出口端口，即CDMA Server与IOServer连接端口设置为5002。

　　（3）在IOServer上添加端口与设备，如图4所示，在本系统中，由于IOServer和CDMA Server装在同一台机子上，因此IP地址设为127.0.0.1，端口号与CDMA Server提供的端口对应，即5002。

　　经过上述步骤，已建立起IOServer和DTU之间的通讯，接下去只需要IOServer和OPCbbbb上配置具体的Group和Item即可，在此不再赘述。
　　本系统已应用到实际项目，与有线数据采集系统相比，本系统具有以下优点：
　　（1）降低了通讯线路的建设成本和维护成本；
（2）提高了系统的灵活性，监控范围不受地域限制，节点控制目标可以任意扩充。
（3）通讯线路比较稳定，不易发生通讯故障，就算出现问题，也能迅速发现和排除。
5 结论
　　相信随着CDMA无线通信的高速发展和3G牌照的发布，必将引领无线通讯的潮流，而基于CDMA无线通信的远程监控系统，将会有更加广泛的应用。