Lexium 05伺服驱动器技术指南及案例.docx
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基于MCGS组态软件的
电视发射机远程自动监控系统
山东电视台发射台李慎旭
基于MCGS组态软件的电视发射机远程自动监控系统是山东电视台发射台“发射机房智能管理一体化系统”的子系统，它的主要功能是：
完成开关发射机、故障自动倒机、故障报警及运行检测、网络信息共享及数据转储、远程报表、远程监控、故障自动发送手机短信、GPS校时等。
它的目的：
改变过去以人为主的监控模式为以计算机监控为主的模式，减轻值班人员的劳动强度，以至于逐渐过渡到“无人值班、有人留守”这一目标.
图1远程自动监控系统结构框图
图1远程自动监控系统的方框图。
在本文中我将主要介绍远程自动监控系统的系统结构与主要功能特点，它也是发射机房智能管理一体化系统的核心。
远程自动监控系统的系统结构与主要功能特点如下：
一、分级分布式控制结构
我们的远程自动监控系统也采用工控界中比较流行的分级分布式控制结构，整个系统自下到上分为三层，即：
设备层、现场总线层、网络层。
其中设备层，就是配置有计算机控制系统的全固态电视发射机和经过改造能接受PLC控制的未配有计算机系统的电子管或速调管电视发射机，以及其他测量用智能模块等，如图1中的几部主、备机，几个电量变送模块等；现场总线层，就是将所有对设备层进行控制而使用的各种现场总线、控制设备及接口的总称，如图1中的Controllerlink总线、RS485总线、RS232总线及Controllerlink支持卡、PLC等；网络层，是采用C/S模式，适用TCP/IP协议的局域网，其特点就是通信速率高、便于网络信息共享。
服务器与现场总线层进行信息交换，各个客户端通过登录到服务器，就可监控各发射机的工作状态，因特网客户利用VPN功能登录到服务器可获得与局域网客户同等的权限。
如图1上部所示。
1、设备层
4个频道的主机都是法国汤姆逊公司生产的全固态电视发射机，有的配有基于VME总线的计算机控制系统，有的未配置，由于没有相关串行通信协议，对他们统一采用的符合IEC864-1（干环）标准的控制协议；4个频道的备机有电子管和速调管两种，都未配置计算机控制系统，必须经过改造，进行信号调理，才能满足对发射机的信号取样和控制需求。
对4个频道中的每个频道的主备机各采用一台OMRON生产的CJ系列PLC控制，型号为CJ1M-CPU13，它仅次于OMRON的CS系列，目前在国内外属中高档类型，运算速度快、体积小、功能强。
PLC作为前置机完成对发射机的自动开关机、无功率自动倒机、故障自动报警、倒激励器、复位和报警复位、运行状态检测等功能，脱离了服务器（上位机），PLC仍然可以独立完成对发射机的例行工作程序，具有相对的独立性，同时我们也保留了手动功能，在前置机失效或其他特殊情况下可手动开关机、倒机等。
2、现场总线层
在每个频道的PLC上都配置有一个Controllerlink单元，通过一对双绞线将这几个Controllerlink单元连接起来就组成Controllerlink现场总线，布线非常简单，这种Controllerlink总线采用的是一个公开的FINS协议，在500米的距离内通信速率可达到2Mbps，远超过通过串口通信的最高速率，极大地提高了系统响应性能，各个挂在双绞线上的PLC之间可通过数据链接表实现信息共享，也便于各PLC之间实现灾难防御，可在别的PLC上监视本PLC某一内存的内容，必要时做出动作防止本PLC失效引起损害。
对31CH意大利泰克诺公司生产的全固态电视发射机，由于可以利用厂家提供的串行通信协议，通过远程上位机直接控制，因此不采用PLC控制，由于在有效的通信距离内，因此直接应用RS232总线进行通信。
对所有9部发射机的总电源电压采样是采用西南自动化研究所生产的智能电量变送模块实现的，每部发射机用一个电量变送模块，所有电量变送模块并接在485总线上，在总线与上位机接口处用了485转232协议转换模块。
3、网络层
由于我们采用了OMRON公司生产的ControllerlinkPCI支持卡，将这个支持卡直接插到上位机的的PCI插槽中，以这个支持卡作为Controllerlink总线的启动接点，完成对各个PLC信息的采集和控制功能，用支持卡及Finsgateway软件可以轻松地设置路由表和数据链接表，完成对PLC程序的上载、下传、修改、及内存监视等；对泰克诺电视发射机和对电量变送模块的监控都集中到与控制PLC的同一个上位机来执行。
在上位机中再应用MCGS网络版组态软件，它就成为一个服务器。
我们利用组态软件编写了界面友好、操作简单的监控程序，在监控程序中利用MCGS提供的平台和设备驱动程序，通过各种现场总线获取各受控设备的实时数据，然后对获得的数据进行显示，也可接受人工命令或根据监测结果自动发布命令来控制各受控设备，并可通过局域网实现信息共享、远程报表等功能。
在网络层硬件层次上我们采用广泛应用的以太局域网，符合IEEE802.3标准，最快速和标准的做法是使用交换机按星形拓扑结构搭建，如图1上部所示，在网络层中服务器端装有MCGS加密狗，该加密狗限制该网络仅可以有4个客户端，利用操作系统提供的IIS服务程序，将服务器设置成一个WEB站点，因特网客户（图1中客户4）可通过VPN登录到服务器，这是便于主管领导和工作人员通过因特网随时调阅现场的实时工作状态信息而设置的，能满足SOHO功能需求。
二、现场总线和通信协议的多样性
由于发射机生产厂家、型号、功率等级、控制电压等级等各不相同，我们根据所选购的硬件而灵活地采用了以下三种不同的通信协议和现场总线类型：
采用了Controllerlink现场总线和Fins协议，完成对PLC的监控；采用泰克诺提供的串行通信协议和RS232总线实现对泰克诺全固态电视发射机的监控，通信程序是我们自行开发，且其符合MCGS接口规范和OPC（oleforprocesscontrol）标准，它的优点在于与基于MCGS开发的监控程序运行于同一个进程内，与MCGS运行环境同时打开和关闭，且由MCGS负责通信程序的初始化、驻留、退出等；采用RS485总线，也采用厂家提供的符合MCGS接口规范和OPC标准的设备驱动程序，完成了对各频道电量变送模块的监控。
三、瘦客户机制
在局域网上的客户端由于采用了MCGS网络版组态软件而具有瘦客户特性，即在客户端只需有IE浏览器就可以完成对发射设备的监控，不需另外安装客户端软件和客户端加密狗。
这就相当于几个客户共用一套组态软件，大大减少了项目的投资成本。
由于MCGS组态软件将服务器端正在运行的监控程序，包装成一个OCX控件，在客户端启动IE浏览器，在地址栏中输入服务器的内网IP地址，就可自动下载OCX控件，获得与服务器端运行的几乎相同的监控程序界面，可以与服务器端异步地打开或关闭某一个界面，也可通过界面中提供的命令按钮完成远程控制功能。
如客户3（山下总控室）中的微机。
三、网络信息共享及数据转储
在客户3（山下总控室）微机是通过近1000米的光缆连接到服务器上的，它不仅实现与服务器的信息共享，也可通过局域网和网络打印机实现远程报表，更重要的是客户3还要完成数据转储的重要功能。
客户3微机采用了较高的配置，型号为浪潮服务器NL320R，外加一个RAID卡控制器，两块大容量硬盘构成RAID1，互为备份，在客户3上安装了SQLSERVER2000，定期地将服务器中监控程序产生的ACCESS数据库中的数据表格转移到SQLSERVER数据库中存储，减少ACCESS数据库的大小，以提高服务器的运行性能（监控程序产生的ACCESS格式的数据库过大，会引起系统运行速度下降）。
在客户3上我们可利用SQLSERVER数据库的稳定性，保持数据的长久存储，并开发基于SQLSERVER数据库应用程序，利用其OLEDB驱动特性实现对所转储数据的灵活处理，提炼出我们需要的信息。
四、发射机故障时自动手机短信、GPS校时和网络校时
我们利用购买的西门子T35AGSMModem和相关的设备驱动（DLL），利用VC6自行开发出发射机故障时自动发送手机短信的应用程序，在应用程序中通过OLEDB每10秒调用MCGS实时数据库中报警组变量所形成的ACCESS格式的数据表格，如果所监测数据达到设定的报警下限时，则自动向预设的手机上群发设定的手机短信，通知有关维修人员。
短信的内容是：
报警项目、报警时间。
报警项目主要是主机无功率倒备机、总电源故障、视音频信号源丢失等。
无论是在服务器上运行的监控程序还是PLC的梯形图程序都高度地依赖于系统时钟的准确性，因此我们在服务器上安装了GPS校时设备，自动为服务器进行系统校时，又自已开发了基于Socket原理的网络校时程序，给局域网上各客户端自动校时。
在项目实施时我们也详细地考虑了通信抗干扰问题，将电源线与信号线分槽，加装隔离变压器、避雷器、屏蔽接地等设施。
在系统试运行一年多来，运行稳定、可靠、界面友好、操作方便、自动化程度高、性价比高、技术先进，顺利地经过由省科委组织的专家鉴定，该项目也可为其他兄弟台站研发自动控制系统提供一个成功的范例。
基于力控组态和GSM短信的供水站监控系统
2008-4-2915:
01:
00 李辰立、卜庆华、许迎泽、韩俊 供稿
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Force Control and SMS of GSM-based Supervisory and Controlling
System for Water Supplied Station
李辰立1 、 卜庆华1 、 许迎泽2、韩俊2
（太原理工大学电气工程学院1，太原 030024； 太原汇川电气技术有限公司2 太原）
LiChenLi1 、BuQingHua1、 XuYingZe 2、Hanjun2
（Taiyuan University of Technology Electrical Engineering Department 1 ,Taiyuan ,030024; Taiyuan Huichuan Electrical Technology CO.LTD 2）
摘要：
通过对供水站系统现状的研究，介绍了力控组态软件在供水站监控系统的应用，重点介绍了系统硬件组成和软件实现。
本系统中，下位机水位变送器获取水位相关信息，流量计获取流量信息，上位机完成系统监控功能，由GSM网络以SMS短信的方式完成上下位机数据的传输，在下位机达到监控的目的。
利用力控组态软件的数据组态，图像组态等功能，为操作人员合理调度提供了可靠的、良好人机界面的技术保障。
该系统经过实际运行的检验，完全达到设计要求。
关键字：
力控组态 GSM短信模块 远程数据采集 供水站
Abstract :
Through researching on current status of water supplied station ,the application of Force Control in remote supervisory and controlling system for flow and level of water supply is introduced .The composition and implementation of software were described emphatically .In this system ,the slave transducers obtain correlative information of water level and slave flowmeter obtain information of water flux and master device achieve the function of supervisory and control .By means of SMS of GSM ,the data transmission between the master and slave machines is realized and the aim of supervisory and control is achieved in the slave machines. This provided reliable technical guarantee and friendly HMI to operator for reasonable dispatching of water .The system has been put into operation all the function work well and the requirement of design has reached completely .
Keywords :
Force Control GSM model Remote data acquisition Water Supplied Station
0 引言
山西省是一个缺水的省份，但是广大农村地区由于供水技术落后，现在还存在水资源浪费严重的现象。
基于此问题，我们开发了基于GSM手机短信和力控组态软件相结合的供水站监控系统，下面就以山西省晋城市某供水站监控系统为例说明软件系统的开发思路和关键子程序，以及整个系统硬件配置。
1 供水站系统概况
图1总流程图 / Fig.1 Total Flow Chart
如图1所示，一台55KW深井泵从水源地深井中抽水，送到1＃和2＃蓄水池，2＃蓄水池出来后经过一台45KW加压泵加压后送到3＃蓄水池，需要监控深井泵电压，电流，1＃流量计流量，加压泵电压，电流，2＃流量计流量，3＃流量计流量，1＃，2＃，3＃蓄水池水位，并且能够实现无人值守。
控制要求如下：
当1＃或者2＃蓄水池水位到达下限以后，深井泵自动启动，当1＃和者2＃蓄水池水位都到达上限以后，深井泵自动停止，当3＃蓄水池水位在上限以下，并且2＃蓄水池水位在下限以上，加压泵启动，三个蓄水池互相间隔30KM。
2 供水站系统硬件组成和软件实现
2.1供水站系统硬件组成
图2 加压站控制柜电气原理图
由于三个蓄水池距离比较远，并且监控的数据量不大，对实时性要求不是特别严格，我们选择了利用GSM网络，通过发短信来传输数据。
我们设计了五个控制柜，一是深井泵控制柜（电路原理图如图2所示），下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，1＃和2＃流量计每流过0.1吨水都向西门子S7200—214 PLC发送一个脉冲，并且该PLC还能够控制1＃和2＃电动阀开关；二是加压泵控制柜，电气原理图与加压站类似，下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，3＃流量计每流过0.1吨水都向西门子S7200—222 PLC发送一个脉冲，并且该PLC还能够控制3＃电动阀开关；三是1＃蓄水池控制柜，下位机选用了西门子S7200—214PLC，另外增加了EM231四路模拟量输入扩展模块，还有北京华荣汇GM100短信模块，水位传感变送器能够监测到1＃蓄水池水位，并且把该信号进行初步处理，转换为4——20mA 的标准电流控制信号送到EM231模拟量扩展模块，2#和3＃蓄水池控制柜和1＃类似。
在中控室上位机上运行北京三维力控Forcecontrol V6.0 通用监控组态软件。
北京三维力控Forcecontrol V6.0， 拥有先进的网络体系构架，支持B/S和C/S访问方式，支持多层次网络冗余及故障切换；提供多重冗余结构，支持IO设备冗余、网络冗余、数据库冗余等；设备通讯和力控网络节点支持GPRS、CDMA等移动通讯功能；GSM手机短信报警管理系统方便管理报警信息。
力控监控组态软件内置区域实时数据库，来完成数据处理，可实现累计、统计、控制、线形化、PID控 制、各种运算等多种功能。
北京华荣汇通信设备有限公司设计、生产的GSM Modem 内嵌高可靠性的GSM 引擎（GSM CellularEngine）和51 单片机系统（MCS51），标准串行接口和精简的软件接口协议将用户从繁杂的GSM 通信准解析和调试中解脱出来，大大短产品开发周期。
基于公网的数据传输具有通信范围广（GSM 网络基本覆盖全国），传输稳定可靠等特点。
2.2 供水站系统中控室力控组态软件监控策略
2.2.1 通信功能
本监控系统所有数据都是中控室里的上位机通过GSM短信和五个控制柜的下位机PLC建立联系，也就是说，上位机发出去的控制命令通过GSM短信传送到下位机PLC，PLC根据短信内容做出判断，然后执行上位机的命令，或者把监测到的各个数据通过短信发送到中控室里的上位机。
具体可以如下实现，在力控实时数据库里建立两个点，比如TEXT和TEL，然后在数据连接时，TEXT.DESC和华容汇短信“猫”的手机短信内容连接，TEL.DESC和手机号码连接，当力控运行时，TEXT内容只要改变，就发送到TEL号码所对应的短信“猫”中。
2.2.2 通信协议
由于GSM手机短信在传输时是以16进制的ASCII码传输的，所以我们首先要定义通信协议，在本系统中，我是这样定义的：
PLC发送到力控的短信格式如下：
开头 站号 控制字 站状态 泵阀状态 1＃流量 水位 电流 电压 2＃流量 结束字
57 ?
24 ?
?
?
?
0?
?
?
?
0?
?
0?
?
0?
?
0?
?
?
?
2E
说明：
？
代表一个字节，短信内容都是16进制字。
力控发送到PLC的短信格式如下：
开头 站号 控制字
57 ?
24 ?
?
说明：
？
代表一个字节，短信内容都是16进制字。
站状态字节
7 6 5 4 3 2 1 0
0位：
1＃自动为0，手动为1
1位：
2＃自动为0，手动为1
泵阀状态字
7 6 5 4 3 2 1 0
0位：
3＃阀启动为1，停止为0；
1位：
2＃阀启动为1，停止为0；
2位：
1＃阀启动为1，停止为0；
3位：
45KW启动为1，停止为0；
4位：
55KW启动为1，停止为0；
5位：
45KW过载为1，正常为0；
6位：
55KW过载为1，正常为0；
7位：
45KW缺水为1，正常为0；
2.2.3 短信内容解析子程序
由于所有的数据都是通过短信来传输，所以解析短信内容就是本系统的关键点所在，也是本设计的创新点所在，下面就是解析短信内容的流程图：
图3 力控解析短信内容子程序流程图
2.3 下位机PLC程序
本供水站监控系统下位机利用西门子S7200系列PLC，具体如下，CPU222 八输入六继电器输出型，另外扩展了EM231 四路模拟量输入模块，由于篇幅所限，只把流程图列出，如图4。
图4 PLC 程序流程图 / Fig.2 PLC Programme Flow Chart
3 结束语
利用Force Control V6.0 强大的数据组态功能，动画显示功能，报警管理功能以及数据报表功能等，结合本控制对象的特点：
被控对象分散，监控数据量少，对实时性要求不是很严格，设计了基于GSM短信传输的远程监控系统。
本系统经过实际运行的检验，表明本设计思路正确，硬件合理，既满足了系统控制要求，又最大限度地节省了硬件成本和运行成本，随着社会主义新农村建设的深入，本系统将会有更广泛的应用。
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