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　　火車站給水系統(tǒng)中OMRON CP1H與研華模塊的無線通訊
　　Wireless Communication of OMRON CP1H and ADVANTECH Module in WaterSupply System of Railway Station
　　武漢工科自動(dòng)化/技術(shù)部 陳錚錚 吳敏 李躍龍

　　摘要：　通常在許多控制系統(tǒng)中,有部分被控設(shè)備需要遙測(cè)遙控.但往往不便于鋪設(shè)電纜和光纖(如：山坡、河流、城市建筑等擋住鋪設(shè)電纜的路徑)，此時(shí)，PLC控制系統(tǒng)通過無線遙測(cè)遙控就顯得尤為重要。該系統(tǒng)硬件主要由一塊OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC、兩塊捷麥無線數(shù)傳模塊、一塊研華ADAM4050亞當(dāng)模塊及一塊華ADAM4017亞當(dāng)模塊組成。采用OMRON電氣公司開發(fā)的與PLC相配套的CX—Programmer7.1編程軟件來編寫研華模塊的指令程序和水塔、清水池的控制程序。用捷麥的測(cè)試軟件對(duì)無線數(shù)傳模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。采用美國(guó)wonderware公司的InTouch組態(tài)軟件編制整個(gè)工藝流程的設(shè)備狀態(tài)，達(dá)到的參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控。該系統(tǒng)有友好的人機(jī)控制界面，簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便、可靠、性價(jià)比高。該系統(tǒng)通過了驗(yàn)收鑒定，各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了預(yù)定要求，已在鐵路系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。

　　Abstract:　Among many control systems, there are partial equipment controlled shall require remote measurement and remote control usually, but which is inconvenient to lay the cable or optical fiber (such as wiring route is blocked by hillslope, river or city building). So it appears more important to execute wireless remote measurement and remote control by PLC at this time. The system mainly is composed by an OMRON CP1H-XA40DT-D PLC, two JAMMY wireless data transmission modules, an ADVANTECH ADAM4050 and an ADVANTECH ADAM4017. CX—Programmer7.1 matched with PLC and developed by OMRON Electric Company is adopted to compile the command procedure and control procedure of water tower and filter water basin for ADVANTECH module, JAMMY sting software is adopted to set parameters for wireless data transmission module as well as InTouch configuration software of America rware Company is used to compile the equipment status of whole process flow, so as to real time monitor the parameters and human-computer control interface. The system is simple, practical, convenient and reliable, with high performance ratio, and has passed acceptance certification, its different control indexes have reached the desired requirements. The system is widely applied in railway system.

　　1.引言

　　(1)火車站給水系統(tǒng)概況和意義

　　傳統(tǒng)的車站加水方法并不能及時(shí)排除旅客在列車上的用水問題，不僅給旅客造成諸多不便，而且在運(yùn)輸高峰時(shí)期給火車站的調(diào)度工作帶來了很大的負(fù)擔(dān)�；�于PLC的列車給水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然能有效的核算列車用水量，完成各項(xiàng)控制功能，但是在某些偏遠(yuǎn)的無人值守車站或者是不便于布線的偏遠(yuǎn)地區(qū)，水源距離主控室又很遠(yuǎn)，這種情況下要確保旅客列車的正常飲用水和生活用水，需要建立一套先進(jìn)的中心自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)分散的水源集中管理和調(diào)度。其核心方法就是通過PLC結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通訊技術(shù)來進(jìn)行無線遙測(cè)遙控。這套系統(tǒng)對(duì)于解決水資源的合理調(diào)配及火車站給水系統(tǒng)的智能化控制管理創(chuàng)造了便利的條件。

　　(2)應(yīng)用行業(yè)：鐵路、給水
　　(3)使用的產(chǎn)品：OMRON CP1H
　　(4)應(yīng)用的主要的主要工藝點(diǎn)及要解決的主要問題：信號(hào)遠(yuǎn)距離無線傳送、無協(xié)議通訊

　　2.系統(tǒng)方案

　　2.1  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　火車站給水系統(tǒng)分為三個(gè)部分：水源井控制部分，無線通訊部分和清水池部分。如圖1所示

　　2.2  水源井控制部分

　　水源井控制部分的硬件組成：液位傳感器、給水泵、一塊研華ADAM4050模塊、一塊研華ADAM4017模塊。研華ADAM4050模塊具有7通道數(shù)字量輸入和8通道數(shù)字量輸出，分別用于檢測(cè)泵的運(yùn)行故障和控制泵的啟停。研華ADAM4017模塊將液位傳感器的液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再轉(zhuǎn)化成工程量，以RS-485通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。

　　2.3  清水池控制部分

　　清水池附近設(shè)有主控室，協(xié)調(diào)泵站的運(yùn)行，進(jìn)行實(shí)地的監(jiān)測(cè)和調(diào)度。

　　主控室部分的硬件組成：液位傳感器、OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC、一臺(tái)PC機(jī)。PLC與上位機(jī)以RS-232協(xié)議進(jìn)行直接的通訊。

　　2.4  無線通訊

　　2.4.1捷麥DMD21M數(shù)傳模塊

　　無論是上位機(jī)傳給模塊還是模塊傳給上位機(jī)的數(shù)據(jù)都采用無格式傳送（透明傳送）。所謂透明數(shù)據(jù)傳輸是指：上位機(jī)與模塊進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)格式，沒有象指令字頭、結(jié)束符等數(shù)據(jù)包信息，只要上位機(jī)串口有數(shù)據(jù)輸出，模塊就把串口的數(shù)據(jù)以無線方式編碼發(fā)送；當(dāng)接收模塊接收到發(fā)射模塊發(fā)送的的無線數(shù)據(jù)信號(hào)后進(jìn)行解碼，把解碼后的數(shù)據(jù)按發(fā)送端的格式從串口輸出。也就是說模塊對(duì)使用者是開放的、透明的，且無需改變?cè)�有通信程序及連接方法。

　　當(dāng)模塊收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)后,模塊先判斷收到的數(shù)據(jù)是命令還是發(fā)送數(shù)據(jù),若是命令則執(zhí)行相應(yīng)的命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時(shí)將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，然后啟動(dòng)發(fā)送打包程序。發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)打成適合無線發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將一些控制信令動(dòng)態(tài)地插入到數(shù)據(jù)包中。

　　在接收狀態(tài)下，接收機(jī)總是接收碼流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻進(jìn)行位同步，獲得位同步后進(jìn)行碼同步，碼同步完成后接收數(shù)據(jù)及控制信息。收到數(shù)據(jù)后，按規(guī)定的串口幀格式傳送給上位機(jī)。

　　需要注意的是，捷麥DMD21M數(shù)傳模塊的通信是半雙工的。即無線模塊發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)模塊不能接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時(shí)模塊不能發(fā)射數(shù)據(jù)。因此在通信編程時(shí)應(yīng)將收發(fā)的時(shí)間錯(cuò)開。

　　2.4.2 OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC與研華模塊的無線通訊

　　OMRON CP1H PLC內(nèi)置模擬量輸入/輸出， 該模塊通過發(fā)出ASC碼格式的簡(jiǎn)單命令，并以RS-232通訊協(xié)議與捷麥數(shù)傳模塊進(jìn)行通訊。考慮到研華模塊的自定義協(xié)議，這里只能采取無協(xié)議通信。所謂無協(xié)議通訊，即不使用固定協(xié)議（協(xié)議）不經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、通過通信端口輸入輸出指令（TXD、RXD 指令）發(fā)送接收數(shù)據(jù)的功能。這種情況下，通過系統(tǒng)設(shè)定，將PLC串行端口的串行通信模式設(shè)為無協(xié)議通信。通過該無協(xié)議通信，PLC與帶有RS-232C 端口(或RS-422A/485 端口)的通用外部設(shè)備之間，按照TXD、RXD 指令進(jìn)行單方地發(fā)送接收數(shù)據(jù)。

　　通過遠(yuǎn)方的研華亞當(dāng)模塊，將采集的水源井的液位和給水泵的運(yùn)行狀態(tài)等測(cè)控信號(hào)按RS-485通訊協(xié)議，發(fā)送至捷麥的數(shù)傳模塊，數(shù)傳模塊將打包后的數(shù)據(jù)經(jīng)無線通道發(fā)送；本地主控室接收端的數(shù)傳模塊再將接收的數(shù)據(jù)和命令一并發(fā)送至PLC，PLC根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成各項(xiàng)邏輯控制，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。

　　整個(gè)過程不用架設(shè)任何通訊電纜。上位機(jī)與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。在通信前串口的數(shù)據(jù)幀格式（8個(gè)數(shù)據(jù)位或9 個(gè)數(shù)據(jù)位）與速率應(yīng)與模塊的設(shè)置一致。

　　2.5  系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則

　　本站按無人值班來設(shè)計(jì)，初期為少人值班，待取得一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后將逐步過渡到無人值班。

　　3.軟件

　　軟件設(shè)計(jì)需完成以下控制要求：先檢查水源井水位是否達(dá)到設(shè)定的下限液位。若已經(jīng)低于下限液位，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；若處在正常液位，則檢查清水池液位。清水池液位未達(dá)到設(shè)定的液位上限時(shí)，才根據(jù)需要啟動(dòng)給水泵工作；若高于設(shè)定的上限液位，則發(fā)出給水泵停止工作的指令。如圖2所示。

　　3.1  控制程序

　　采用OMRON電氣公司開發(fā)的與PLC相配套的CX—Programmer7.1編程軟件來編寫研華模塊的指令程序和水塔、清水池的控制程序。CX—Programmer7.1編程軟件 是與OmronPLCs進(jìn)行通訊和監(jiān)控的中介軟件，通過CX-Programmer 的的操作，可將CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)盒，寫入的數(shù)據(jù)可逐個(gè)地指定。也可對(duì)存儲(chǔ)盒內(nèi)保存的數(shù)據(jù)及CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。

　　3.2  參數(shù)設(shè)置

　　用捷麥的測(cè)試軟件對(duì)無線數(shù)傳模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。利用測(cè)試軟件測(cè)試通信質(zhì)量，檢驗(yàn)組網(wǎng)的可行性。

　　3.3  組態(tài)軟件

　　組態(tài)控制技術(shù)最大的特點(diǎn)就是從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)都具有組態(tài)性，采用美國(guó)wonderware公司的InTouch組態(tài)軟件編制整個(gè)工藝流程的設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄給水泵的開、停、故障狀態(tài)記錄。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便、可靠、性價(jià)比高，可視化和圖形化的管理功能為管理和運(yùn)行能夠提供了方便。通過了驗(yàn)收鑒定，系統(tǒng)各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了預(yù)定要求。

　　3.4  OPC軟件

　　在該控制系統(tǒng)中，因子控制系統(tǒng)分散，并且采用不同廠家的設(shè)備和方案。所以要將這些子控制系統(tǒng)集成，并架構(gòu)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需要解決分散子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，各子系統(tǒng)需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)相應(yīng)控制指令，再考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)往往需要升級(jí)和調(diào)整，就需要各子系統(tǒng)具備統(tǒng)一的開放接口。 OPC(OLE for Process Control) 規(guī)范正是這一思維的產(chǎn)物。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。通過OPC定義的開放接口，可以實(shí)現(xiàn)利用PC機(jī)上的組態(tài)軟件和模塊間數(shù)據(jù)交換，從而對(duì)被控設(shè)備的遙測(cè)遙控。

　　4.方案取得的效果和示范性

　　在本工程項(xiàng)目中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線距離15000m的通訊要求，自試用運(yùn)行以來，控制功能穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行良好在鐵路行業(yè)中的廣泛推廣具有良好的前景。

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