一、引言
近年來，以PLC為基本控制單元，根據(jù)需要結合遠程I/O、現(xiàn)場總線、局域網(wǎng)、上位監(jiān)控PC 機及相關系統(tǒng)軟件平臺與應用程序構成的自動化系統(tǒng)，鑒于其硬件可靠性高、伸縮性強、編程簡單、系統(tǒng)容易實現(xiàn)且維護方便的特點，在工業(yè)自動化控制領域得到極其廣泛的應用。就PLC 網(wǎng)絡構成的局域網(wǎng)而言，如Ethernet、Profibus-DP、ControlNet、Genius、RS485 串行通訊主從網(wǎng)絡等、PLC 之間多采用硬連接實現(xiàn)通訊，即通訊介質為有界介質（電纜、光纖）。如果被控制設備位置分散、信號采集點相距遠，布線成本將大大提高且不利于維護；或由于設備相對環(huán)境復雜或制度約束，無法進行大規(guī)模布線施工；或有移動應用需求的場合，在這些情形下，使用無界介質（微波、紅外技術）進行通訊軟連接的無線局域網(wǎng)將是有效的解決方案。微波無線通訊技術，如擴頻技術（直接序列、跳頻），以前還主要用于軍用系統(tǒng)，如今已在民用、工業(yè)等諸多領域應用開來。本文介紹的攀成鋼建材區(qū)天然氣流量微機計量系統(tǒng)，就是將利用智能頻譜跳頻擴頻技術的無線通訊裝置與PLC 結合，而實現(xiàn)的多站點分布式無線PLC網(wǎng)絡系統(tǒng)。
二、系統(tǒng)結構
實施天然氣流量計量無線網(wǎng)絡，建立無線工作站，各個站點由PLC完成基礎數(shù)據(jù)采集與控制后，經(jīng)無線傳輸將PLC 數(shù)據(jù)送到中控室上位機SCADA 系統(tǒng)。這樣一來，不但節(jié)省抄表所需的大量時間和精力，并且計量數(shù)據(jù)更加準確，實現(xiàn)了高效的現(xiàn)代化管理。同時具有分散控制、集中管理的優(yōu)勢。該系統(tǒng)包含5 個無線工作站（1 個主站、4 個從站），控制覆蓋成鋼17 處天然氣計量站點，鑒于建立一個無線工作站一次性投資較多，將工作站與天然氣計量站點—— 對應是不經(jīng)濟的。故工作站的確定依據(jù)計量站點位置相對不太遠（小于300米）就集中送PLC的原則。于是，按地理區(qū)域聚類，現(xiàn)場僅設置了4個站點。系統(tǒng)總體框架結構如圖1所示。
三、系統(tǒng)組成
天然氣流量計量無線網(wǎng)絡是能滿足工業(yè)實時監(jiān)控系統(tǒng)要求，完成綜合性通信任務的系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由三大部分組成：無線通訊系統(tǒng)；PLC數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；上位機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)。
1. 無線通訊系統(tǒng)
通訊網(wǎng)絡部分采用美國DATA-LINC GROUP 提供的工業(yè)級、穩(wěn)定可靠的無線串口電臺，由于它的抗干擾能力超強且構建的網(wǎng)絡是專用無線電網(wǎng)，所以能確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定、暢通地通訊，實現(xiàn)中控室與現(xiàn)場各站點數(shù)據(jù)安全快速地交換。
2. PLC數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)
采用美國通用公司GE Fanuc推出的通用性強、配置靈活、經(jīng)濟實用的VersaMax Micro PLC 及擴展單元，經(jīng)標度轉換、溫壓補償計算、累積處理、PLC 故障及I/O 故障控制、累積值清零等編程處理后，實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)精確地采集與控制。
3. 上位機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)
組態(tài)軟件平臺采用GE 的CIMPLICITY HMI，運用該平臺設計、創(chuàng)建工程。在中控室上位監(jiān)控計算機運行工程后，可以監(jiān)測各個無線工作站的通訊狀態(tài)、顯示PLC 有無故障，當有故障時畫面會及時提示并彈出清除故障按鈕。
監(jiān)測與記錄天然氣流量瞬時值、累積值及管道壓力、環(huán)境溫度等相關參數(shù)，統(tǒng)計生成報表，提供趨勢分析和報警等。
四、系統(tǒng)硬、軟件配置
1. 系統(tǒng)硬件配置
● 通訊網(wǎng)絡
DATA - L INC GROUP 公司提供的無線數(shù)傳電臺（ 包含SRM6100 無線串口調制解調器、12VDC直流穩(wěn)壓電源、全向天線及接地套件等附件）。每站一套，共5 套。
● 控制器PLC
GE公司提供的VersaMax Micro PLC主單元（CPU模塊），型號為IC200UAL006；擴展單元（I/O擴展模塊），型號為IC200UEX636。分別用于4 個從站，其中1#-3# 從站均為1 個主單元帶1個擴展單元，4#從站則為1 個主單元帶3 個擴展單元。
● 上位機PC
DELL 商務機210L（CPU 2.8GHZ、內存512MB、硬盤80GB）。
五、系統(tǒng)主要硬件特性
1. 所選無線通訊設備的主要特點
系統(tǒng)所選DATA-LINC GROUP 的SRM6100 無線電調制解調器能提供最可靠和最高性能的串行無線通訊方案。通過在2.4GHz -2.483GHz 頻段應用先進的智能頻譜跳頻技術，SRM6100 可提供最可靠和有力的通訊。2.4GHZ 頻段在國際標準中為免除頻率使用許可證的公用頻段，不需要FCC點現(xiàn)場許可證。在無阻擋物的情況下，兩調制解調器之間的通訊距離可達32.18 公里（20 英里）。最大程度的抗干擾可用于高噪聲環(huán)境，所以適用于鋼鐵業(yè)等惡劣環(huán)境，SRM6100 應用跳頻，擴頻和32 位誤碼矯正技術保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?BR>
S RM6 1 0 0 支持多種組態(tài)， 包括點對點通訊和多點通訊。點對多點通訊方式采用輪詢。點對多點通訊時，對從站數(shù)目無限制，所以將來在任意地點均可無限增加站點與測點。并且SRM6100 可做為中繼器工作，以達到擴展通訊距離或克服阻擋物通訊的目的。其工作模式設置靈活。SRM6100 在系統(tǒng)中，無論是作為主站、從站中繼站或是從站/ 中繼站，無論是點對點方式還是點對多點方式，它們在硬件上都是一樣的，只是內部工作參數(shù)設置不同。只需使用bbbbbbs 操作系統(tǒng)所包含的“超級終端”，就可以方便地對系統(tǒng)的各臺站進行維護。
系統(tǒng)無線通訊設備選用S R M 6 1 0 0 這一工業(yè)級無線Modem 從根本上保障了系統(tǒng)可靠性、可用性、易擴充和長期可重用性。
2. 所選PLC的主要特點
VersaMax Micro PLC 是美國通用電氣GE Fanuc 推出的新一代體積小、功能強大的一體化微型PLC，其緊湊的物理設計， 節(jié)省空間的簡易安裝方式和強大的控制功能，使之非常適合于低成本、安裝空間有限、處理速度要求又高的應用場合，為用戶提供更經(jīng)濟且功能更強的解決方案。
天然氣流量計量系統(tǒng)各個從站均選用2 3 點VersaMaxMicro PLC（ IC200UAL006）作控制，此Micro PLC 內嵌兩路模擬量輸入，但可以連接4個擴展單元。所以系統(tǒng)各個從站根據(jù)需要增加模擬量擴展單元以擴充模擬量輸入通道。此Micro PLC 的主要技術參數(shù)如下：
● 接口
提供兩個串口。串口1（RS232）支持SNP/SNPX 協(xié)議從模式；串口2（RS485）支持SNP/SNPX 和RTU 主、從模式及序列I/O 通訊協(xié)議。
● 輸入
13 點24VDC離散輸入（正/ 負邏輯）；2 通道模擬量輸入（支持0-20mA、4-20mA、0-10V）。
● 輸出
1 0 點離散輸出；1 通道模擬量輸出（ 支持0 - 2 0mA 、4-20mA、0-10V）。
● 供電電源
100-240VAC
● CPU特性
[1] 18K字節(jié)內存
[2] 1us 每布爾指令
[3] 配置與用戶程序可選存儲于RAM或Flash
[4] 實時時鐘
[5] 可以串接4個任意類型的擴展單元
[6] 可選梯形圖（LD）或指令表（IL）編程
[7] 內嵌高速計數(shù)器功能、支持浮點運算、PID 控制
[8] 支持4個10KHz高速計數(shù)器輸入，5Kz 脈沖/PWM輸出等
模擬量擴展單元IC200UEX636 可提供6路模擬量擴展（4路輸入、2路輸出）。供電電源100240VAC。
天然氣流量計量系統(tǒng)中，之所以微PLC及擴展單元均選用交流供電類型，是由于該系統(tǒng)所有輸入都為變送器輸出的4-20MA 標準模擬量信號。而所需的離散量控制不用物理I/O，而用虛擬寄存器形式與上位機通訊，在畫面上進行遠程控制與顯示。這樣就可以不用供給微PLC離散I/O的24VDC電源，從而節(jié)約設備投資。
六、系統(tǒng)軟件特性
1. PLC編程工具ME5.5
CIMPLICITY Machine Edition 是GE Fanuc 推出的一個可以在統(tǒng)一的工作平臺下同時開發(fā)多目標邏輯控制、運動控制等的新一代軟件。它提供一個公共的環(huán)境用于配置、編程、調試和維護用戶應用軟件。其強大功能可以大大縮短應用軟件開發(fā)、調試時間。主要特點如下：
● 統(tǒng)一的用戶界面
● 一個數(shù)據(jù)庫（交叉參考、變量表等）
● 符號編程
● 即拖即放功能
● Test 修改編輯模式
● 強大的在線幫助窗口
天然氣流量計量系統(tǒng)中，4 個從站PLC 的配置組態(tài)和邏輯程序用ME 5.5 可以一次完成。因ME5.5 支持多目標邏輯控制，只需創(chuàng)建一個新工程，在該工程中插入4 個目標，分別對應4個從站，創(chuàng)建與每個從站對應的PLC硬件及編寫PLC邏輯程序，設置4 個PLC 的通訊方式，由于每個PLC 串口1 要連接SRM6100，要注意其通訊參數(shù)必須與SRM6100 設置的一致。由于系統(tǒng)采用點對多點模式，上位機為MODBUS RTU 主站，4 個PLC 通訊協(xié)議均為MODBUS RTU 從模式，設置不同的站號分配給它們。利用ME5.5 提供的“Validate All”，校驗整個工程，無錯誤和警告后，分別激活各目標將配置和邏輯程序下裝到4個從站PLC裝置中。
2. 上位機SCADA系統(tǒng)軟件
主站上位機SCADA是系統(tǒng)實現(xiàn)的終端環(huán)節(jié)。SCADA監(jiān)控軟件程序使用CIMPLICITY HMI PE 6.0開發(fā)。CIMPLICITY HMI 軟件是GE Fanuc 在數(shù)十年工業(yè)自動化經(jīng)驗積累基礎上，與微軟Microsoft 合作開發(fā)的業(yè)界最優(yōu)秀的人機界面軟件之一，它功能強大并易于使用，可運行于 bbbbbbsNT/2000/XP 環(huán)境，采用 Win32 標準和32 位代碼，是真正的客戶/ 服務器體系結構。其主要特點如下：
● 易學易用的監(jiān)控畫面編輯功能
● 支持拖放和動態(tài)測試
● 內嵌3000 多種常用圖庫
● 允許導入OLE、bbbbfile、ActiveX 對象
● 支持OPC、ODBC 開放數(shù)據(jù)庫連接、DDE
● 豐富的報警功能
● 強大的日志功能
● 同類產品無法比擬的開放性，可以與數(shù)千種第三方廠家的PLC、DCS、儀表等互連
在天然氣流量計量系統(tǒng)主站監(jiān)控P C 機上， 使用CIMPLICITY HMI PE6.0 創(chuàng)建新工程，定義工程屬性（協(xié)議與選項）；定義資源、角色、用戶；使用協(xié)議的端口以及系統(tǒng)占用端口的設備；系統(tǒng)點標識（設備點或虛擬點）；編輯系統(tǒng)畫面。利用VB（工程屬性Basic Control 選項）或對象屬性頁創(chuàng)建動態(tài)事件與連接。系統(tǒng)畫面包括主畫面、管道圖、數(shù)顯圖、趨勢圖、報表、報警等。由于在每個畫面中，必須對4 個從站的數(shù)據(jù)都能實時監(jiān)控。將端口協(xié)議定為MODBUS RTU，創(chuàng)建4 個RTU 從站與 4個GE PLC 相對應。運行工程后，調用系統(tǒng)各個畫面，能夠監(jiān)視到各個工作站的運行狀態(tài)、各種檢測值及相關參數(shù)，提供實時及歷史數(shù)據(jù)分析、報表、報警等。
● PLC編程軟件工具
ME5.55（GE CIMPLICITY Machine Edition）。
● 上位機數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控SCADA軟件平臺
PE6.0（GE CIMPLICITY HMI Plant Edition）。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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