基于PLC和数传电台的无线遥控中继站的研究和实现.pdf

j 十 算机技术及其应甩 Co mD u t e r T e c h n olo v＆ A pp li c a t ion s 电气自动化} 2 0 1 3年第3 5 卷 第 1 期 基于 P L C和数传 电台的无线遥控 中继站的研究和实现 郭荣祥，涂正宏，章鲁浩 内蒙古科技大学 信息工程学院。 内蒙古包头0 1 4 0 1 0 摘要偏远地区或山区的供水系统为了实现对水源的监控 ， 需要进行无线信号的传输 ， 因地形原因数据难以实现点到点的直接传送， 需要在合适的位置设置数据中继站。因此介绍了一种基于O MR O N公司的 P L C和 MD S O E M数传电台构成的无线遥控中继站 的实现方法， 并对其进行分析和设计， 用较低的成本实现了中继站的功能， 满足了用户远程控制的要求。实际运行结果表明方 法既满足了监控要求， 又降低了设备成本。 关键词P L C； 数传电台； 中继站； 远程控制； 数据传输 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j i s s n ． 1 0 0 0 3 8 8 6 ． 2 0 1 3 ． 0 1 ． 0 0 9 [ 中图分类号]T P 2 9 [ 文献标志码]A[ 文章编号]1 0 0 0 3 8 8 6 2 0 1 3 0 1 0 0 2 3 0 2 S t u d y a n d Re a l iz a t io n O f W i r e l e s s Re mo t e Co n t r o I Re l a y St a t io n Ba s e d O n PL C a n d Da t a Ra d i o GUO Ro n g x i a ng ， TU Zh e ng h o n g ， ZHANG Lu- h a o C o l l e g e o fI n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， I n ner Mo ngo l i a U n i v e r s i t y ofS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， B a o t o u N e i Mo n g o l 0 1 4 0 1 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o c o n t i n u o u s l y mo n i t o r i n g w a t e r s o u r c e s f o r wa t e r s u p p l y s y s t e m i n mo u n t a i n o u s a n d r e mo t e a r e a s ，wi r e l e s s t r a n s mi s s i o n o f d a t a i s n e e d e d ．Ho we v e r ，d u e t o t h e g e o l o g i c a l c o n f i g u r a t i o n i n mo u n t a i n o u s a r e a，i t i s d i ffi c u l t t o a c h i e v e d i r e c t t r a n s mi s s i o n o f d a t a f r o m p o i n t t o p o i n t ，t h e r e f o r e ，r e l a y s t a t i o n n e e d t o b e s e t a t s o me s u i t a b l e p l a c e t o f u l f i l l t h i s g o a 1 ．T h i s p a p e r i n t r o d u c e s a k i n d o f wi r e l e s s r e mo t e c o n t r o l r e l a y s t a t i o n b a s e d o n OMRON c o mp a n y P L C a n d MDS O EM d a t a t r a n s f e r r a d i o ，d e s i g n a n d a n a l y s i s a r e i n c l u d e d．a n d ma k e i t s a t i s f i e s t h e r e q u i r e me n t o f u s e r w i t h r e l a t i v e l y l o w c o s t ．P r a c t i c a l o p e r a t i o n s h o w n t h a t t h i s n e w me t h o d s n o t o n l y me t t he r e qu i r e men t o f wa t e r s o u r c e s mo ni t o r i n g，b u t a l s o r e d u c e d t h e s y s t e m e q ui p me nt c o s t ． Ke y wo r d s P L C；d a t a r a d i o； r e l a y s t a t i o n； r e mo t e c o n t r o l ； d a t a t r a n s mi s s i o n O 引 言 内蒙古某酒业公司坐落于山区， 酒厂的生产和生活用水需要 从八公里外的水源井取水 ， 酒厂与水源井之间有大山相隔， 并且 山区内无 G P R S 信号。酒厂在半山腰建有一水池 ， 由深井泵把水 源井的水注入水池， 靠水池内水的自然压力向酒厂送水， 供酒厂 生产和生活之用。最初由工人骑摩托车往返于酒厂和水源井之 间起 、 停水泵 ， 既不方便， 费用也较高 ， 且常常出现水池缺水或水 池溢水的情况， 供水非常不稳定 ， 严重影响酒厂的正常生产。为 了改善供水情况， 决定采用无线遥控的方法， 根据水池水位 自动 控制水源井水泵的起停。由于山区无 G P R S信号， 利用中国移动 或中国联通的网络资源无法实现无线遥控， 只能采用数传电台进 行数据传输。但酒厂与水源井之间的信号因地形原因不能直接 传输 ， 需要在合适的位置设置中继站。采用背靠背的全双工数传 电台进行中继成本太高 ， 考虑到传输数据量小的特点， 我们采用 P L C控制的半双工数传电台完成中继的任务。 1 系统工作原理 整个遥控系统 由主站 位于水厂控制室 、 从站 位于水源 井 、 中继站 与主站从站都能进行数据传输的地方 组成。主站 用于发出起、 停泵指令 ， 并显示从站的运行状态 、 故障状态、 运行 电流等。中继站用于传递主站和从站之间的数据 ， 成为两者之间 收稿 日期 2 0 1 11 01 2 通信的桥梁。从站用于接收并执行主站命令， 并把相关信息返 回 到主站。通信采用主从方式， 即信息的发起方为主站， 从站只有 在接收到主站的信息后才向主站回传信号及数据。当主站发送 命令时， 首先发给中继站， 中继站把所收到的数据再转发出去。 从站对收到的数据进行判断 ， 进而完成相应的动作。从站回传数 据仍然通过中继站完成 ， 中继站起“ 传话” 功能 ， 其可靠性决定 了 整个系统的可靠性。此外， 为了便于故障诊断， 中继站需要对所 接收到的数据进行判断， 并在异常时给出指示， 以便工作人员及 时查找故障点。 2 无线遥控 中继站 的硬件构成 中继站由控制器和数传电台两部分组成。考虑到中继站在 遥控系统中的地位和作用， 其可靠性和准确性成为重中之重， 因 而在数传电台和控制器的选择上要特别注重其抗干扰能力， 同时 兼顾硬件成本及开发周期。 众所周知， 数传电台有很多种。本系统选用美 国 M D S公司 D A T A数据传输电台 E L 7 0 5 2 ， 其工作频率范围为 2 0 0 2 4 0 MH z ， 接口数据传输速率可达 3 8 4 0 0 b p s ， 空中数据传输速率为 9 6 0 0 b p s ， 信道带宽为 1 2 ． 5 k H z ， 采用 D B 2 5连接器的 R s 2 3 2串行 接 口与其它设备通信， 工作环境温度范围为 3 O 一 6 0 C， 工作电 源电压为 1 0 ～ 3 0 V D C 。该数传电台性能稳定可靠 ， 抗干扰能力 强， 即使在较为恶劣的环境下也能正常工作。 控制器采用适合于工业环境的P L C， 本系统选用欧姆龙公司 的 c P M 2 A H 2 0 c D R A， 是一种小型整体式 P L C 。其体积小、 价 E l e c t r ic a I A u t o ma t i o n 2 3 电 气自 动 化 2 0 1 3 年 第 3 5 卷第1 期 j 十 算机技术及其应甩 Co mp u t e r T e c h n o lo q y＆ A pp li c a t i o n s 格低廉， 性能价格比高， 采用交流 2 2 0V电源供电， 工作电压范围 宽， 电压范围从 8 5 V A C至 2 6 4 V A C， 带有一个 R s _2 3 2接 口。 对数传电台进行控制时， 无需扩展， 由基本单元即可完成， 非常适 合于本系统。基本单元有 1 2个输入点、 8路继电器输出， 完全满 足中继站报警显示输出要求。 DB 9 DB 25 SD 2 3 RXD RD 3 2 TXD CS 5 7 GND PLC 图 1 DB 2 5到 D B 9的适 配电缆 2 4 El e c t r ic aI Au t oma t io n 图 2 程序流程图 P L C和数传电台之间由各 自的R s _2 3 2端口相连， 采用串口 无协议通信方式。由于 P L C的 R s 2 3 2端 口为 9孔梯形接口 D B 9 ， 而数传电台则为 2 5孔梯形接 口 D B 2 5 ， 需要进行二者 的转换连接。连接方法如图 1所示 ， 连接线采用网线或屏蔽信号 线均可。尽管 D B 2 5有许多管脚， 但实际连接时不采用全连接方 式， 只连接有用的管脚 2 、 3 、 7 。 3 系统软件设计 3 ． 1 中继站 P L C的软件设计 中继站的主要作用是完成通信接力， 使通信双方的数据传输 顺利完成。另外还可对主站 、 从站的通信状态做 出简单判断， 并 告知值班人员。因此程序包括两个部分。一个部分为通信程序， 即把接收到的数据再转发出去， 另一个部分为故障诊断程序 ， 即 对主站或者从站的通信状态进行判断， 并给出报警输出。在本系 统中， 因为控制主站和现场从站采用主从控制方式， 主站每次主 动发送起动、 停止和定时查询信号， 从站在接收到信号以后才会 发出相应的现场信息， 而中继站则处于等待定时查询状态， 所以 中继站程序包括信息来源识别 判断接收到的信号来 自主站还 是从站 、 信息 的转发以及对 主站和从站进行定 时信息查询。 P L C的程序流程图如图2所示。 3 ． 2 程序特点 本程序以P L C的串日通讯为核心进行开发和设计 ， 程序条 理清晰， 易于后期编辑和修改， 运行稳定， 保证了信息交换的准确 性和实时性。同时， 为了便于发现远程控制设备故障或者有断电 现象， 程序中设有主、 从站定时判断功能， 当设定时间内无响应信 息 主站定时发送信号向现场读取信息， 从站收到信息后及时返 回信息 ， 则可以判断出某一方出现异常， 立即给出报警信号 ， 给 维护带来了方便。 4 结束语 本文针对某远程 自动供水系统 的要求， 研究并设计 了基于 P L C与 MD S O E M系列数传电台的数据中继站， 编写了相应 的通 信程序。系统自投入运行以来， 工作稳定可靠 ， 运行良好， 提高了 供水的自动化水平和生产效率， 降低了劳动强度和运行成本 ， 节 约了系统维护费用， 同时便于管理人员及时了解现场的信息， 有 效地进行实时监控。该中继站成本低、 实用性强、 性价比高、 控制 准确， 为实现远程无线遥控的自动化、 智能化和集约化创造了条 件， 具有推广价值。 参考文献 [ 1 ] 王 成 福 ． 可 编 程 序 控 制 器 及 其 应 用 [ M] ． 北 京 机 械 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ]李 占英 ， 姚丽君 ， 梅彦平 ． 零基础学 西门子欧姆 龙 C P M2 P L C[ M] ． 北 京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 ]张继红． 微波通信在过程控制系统中的应用[ J ] ． 电气自动化， 2 0 0 7 ， 2 9 4 3 5 3 7 ． [ 4 ]曹志刚， 钱亚生． 现代通信原理[ M] ．北京 清华大学出版社， 2 0 0 4 ． 【 作者简介】郭荣祥 1 9 6 3一 ， 男， 内蒙古和林人， 副教授， 工学硕士。研 究方向 电力电子及其运动控制、 工业过程控制 。