基于PCC的地磅遠程控制系統設計
該文主要介紹了新型可編程計算機控制器(PCC)的結構特點,并在外圍硬件的基礎上,構建了一個小型三級地磅遠程控制系統,該系統應用以太網通訊來實現其遠程控制功能。經現場調試,該系統運行正常,教據在現場與遠程端之閭可 正確傳輸,達到了通過網絡實現遠程控制的目的。
1.引言
現代化先進的大型制造企業,由于其生產能力高,所以物流 和信息量都非常龐大。傳統的計量模式人員數量多,效率低,易 產生漏洞,不便于管理,在很大程度上影響了企業的生產,這種 模式巳不適合現代化先進的大型制造企業的物流和信息管理。
為了不影響現代化企業的生產,特別需要一種全新的計量 模式來代替傳統的計量模式。地磅遠程控制計_模式正好能 夠滿足現代化先進的大型制造企業的計量需求和系統控制,并 且能在很大程度上減少傳統計量模式的弊端。
地磅遠程控制系統的4現方式很多,經過調研,決定采用 以貝加萊(B&R、)公司的可編程計算機控制器(PCC)為主控器,管 理現場設備并利用以太網與上位PC機數據交互的方式,該方式 有開發周期短,維護方便等諸多優點。
2.PCC的特點
貝加萊的PCC是綜合了 PLC和工業計算機優點的新一代可 編程計算機控制器,其功能可完成從簡單的邏輯控制到復雜的 集散控制(DCS)。硬件采用了可以靈活配置的模塊化結構,能帶 電插撥,可靠性高。支持多任務分時操作系統,提供了 8個分別 具有不同循環時間不同優先權的任務等級。
PCC使用開放式總線結構,與各種系統通信方便,提供支持 CAN BUS的硬件模塊并自帶CAN接口。幀驅動器(Frame Driver) 是為實現與第三方設備通信而設計的軟件工具箱。由于Fmme Drivei是一個自由通信協議,編寫串行接口(如RS- 232、RS- 485/ 422、TTY等)的通信協議非常方便。
在PCC系列產品中,X20系列模塊是三位一體,即模塊分為 三個部分:總線模塊、電子模塊、端子模塊。每個X20模塊最多有 12個通道,模塊間的通信通過X2X Link分布式底板實現,其設 計為用戶使用提供了極大的靈活性。
Automation Studio(AS)是一種集成軟件開發平臺,也是支持 用戶開發PCC應用程序的軟件包。Automation Studio提供的編程 語言非常豐富,有梯形圖LAD、指令表IL、結構文本STJi序功 能圖 SFC 等IEC61131 標準編程語言和 Automation Bask-,ANSI C 兩種高級語言,根據需要可以在項目中采用多種語言進行混合 編程,同時,編程環境中包含豐富的函數庫及功能塊供用戶調 用,大大減輕了開發人員的工作量。
3.系統結構
3.1硬件構成及配置
根據地磅遠程控制系統的管理特點,選用(B&R )PCC-X20 系列緊湊型CPU(X20CP0292)作為工業以太網控制器,采集現場 紅外對射設備的狀態以確定汽車是否完全上衡,實時讀取重量 數據和司機的卡號數據,控制紅綠燈及擋車器的狀態,接收上位 機(計量監控中心)命令并語音播報重量數據整個系統構成如 圖1所示。
CPU(X20CP0292)配有電源模塊(X20PS9500)、數字輸人模 塊(X20DI4371 )、數字輸出模塊(X20D09322)、RS485通信模塊 (X20CS1030)底座(X20B22)。整個系統中有以太網Ethernet、 RS232接口、RS485接口供現場設備使用。
外圍設備中,紅綠燈和擋車器由數字輸出模塊驅動,紅外對 射管接人數字輸入模塊,地磅儀表通過RS232接口與控制器 通信,讀卡器和語音液晶屏通過RS485接口與控制器通信,控制 器通過以太網與交換機相連,實現了一個小型的三級控制系統。
3.2系統工作原理介紹
計量監控中心的PC機通過以太網接口接人交換機,與控制 器交互地磅儀表的重量數據和每個司機唯一的卡號數據,并 能根據現場情況作出現場設備的動作調整,比如控制紅綠燈狀 態、擋車器狀態和語音屏的信息播報等。整個系統的外圍設備控 制可由控制器自動完成,也可由計量監控中心管理人員手動完 成,兩種工作方式可自由切換。在入衡口有一個紅綠燈及一個紅外探頭,出衡口處有一個 紅綠燈和兩個紅外探頭’在探頭中間安裝擋車器,人衡口和出衡 口之間是秤體,即汽車衡儀表。旁邊有LED顯示屏及讀卡器,磅 房中配置以太網工業控制器及交換機。地磅遠程控制設備現 場布置如圖2所示。
工作流程如下:
A)當入衡口處為綠燈、出衡口處為紅燈、擋車器落下時,汽 車可以上衡,汽車經過入衡口處時車輪遮擋紅外探頭的對射狀 態,控制器通過DI模塊接收到探頭的狀態改變信號后,馬上開 啟人衡口處紅燈,不允許下一輛汽車上衡,向計量監控中心上傳 啟動視頻錄像信號,此時如有汽車再上衡,計量監控中心可通過 視頻錄像監控到,并通過語音方揮汽車倒退下衡。
B)汽車完,上衡后,以人衡口處的紅外探頭以及出衡口處 的第一個紅外探頭k有被觸發為準。控制器讀取地磅儀表的 數據和司機卡號,數據處理后上傳計量監控中心,等待計量監控 中心的確認倍號:
C)計量監控中心對此次稱重數據是否有效進行確認并向控 制器下發無效命令或者有效重量數據,如果無效則手動抬起擋 車器,指揮汽車完全下衡后給控制器下發自動命令,如果有效則 向控制器下發有效重量數據,控制器自動抬起擋車器、開啟出衡 口處的綠燈、轉發有效重量數據給LED語音屏進行語音播報重 量數據,提示司機下衡。
D)出衡口處兩個紅外探頭從遮擋到正常后,汽車巳完全下 衡,此時控制器控制擋車器落桿,開啟人衡口處綠燈和出衡口處 紅燈,上傳關閉視頻錄像信號’準備下一車計量。
4.系統軟件設計
4.1上位機管理
上位機采用Webserver,用網頁的方式讀取控制器的數據以 及下發控制命令,該方式非常直觀、方便3 4.2 PCC的軟件設計
該遠程控制系統中有外圍設備控制、數據處理、RS232接口 通信、RS485接口通信等多種功能,需要注意的是控制器為緊湊 型CPU,RS485通信需要自己寫底層程序,下面著重對RS232和 RS485的程序進行介紹。
4.2.1 幀驅動器 Frame Driver
15驅動器Frame Driver,是一種介于應用程序與硬件接口之 間的軟件工具箱,系統中采用RS-232與地磅儀表進行通訊。
幀驅動器的命令格式的書寫比傳統的通信編程方法要容易 得多,對幀驅動器的操作主要有以下幾個函數:
FRM.xopen:初始化接口,為幀驅動器分配緩存,安裝相關的 中斷處理程序;
FRM.read :讀數據并將其放在讀緩存區;
FRM_rbuf:釋放讀緩存區;
FRM_gbuf:申請寫緩存區;
FRM_writ :將數據寫人寫緩存區;
FRM_robuf:釋放寫緩存區;
FRM_cl0Se:接口通信結束;
FRM_ctri:控制接口。
緩存區是用來存放幀驅動器的一小塊內存,每個接口都對 應著幾個緩存區以便存儲待讀寫的幀。每個要使用的接口都必 須初始化,為了定義用戶進行接口操作所使用的參數,需要用 FRM_xopen函數,對于FRM_xopen函數只初始化一次,通常在初 始化程序塊里面,系統上電后只執行一次。
4.2.2 RS-485 通信
系統中采用通信模塊X20CS1030與語音屏和讀卡器實現數 據的交互,其中語音屏只接收控制器發送的數據,而讀卡器需要 控制器先發送讀數據命令才發送卡號數據或者空數據,所以程 序設計時必須確定485總線空閑的時候才能與其中之一通訊。
系統中采用的是緊湊型CPU,而通信模塊X20CS1030在該 CPU下的功能模式只能是flat模式,需要編寫底層程序驅動其正 常通訊。通信模塊的工作模式和配置如圖3和圖4。
其中模塊中的OutputSequence和TxBytel中的變量是發送 數據時的控制字,InputSequence和RxByte 1中的變量是接收數 據時的控制字,需要特別說明的是,在標準CPU中該通信模塊可 以采用Stream模式而不必采用Flat模式。
5.結束語
該系統巳成功運行在某大型鋼鐵企業,性能穩定,工作正 常,該計量模式避免了傳統計量模式的弊端。如果系統硬件稍作 修改還可應用在其它物流和信息量龐大的企業中,能進行多點 控制,并實現復雜的DCS系統功能。也可采用標準型CPU,配備 數據記錄模塊,自動保存物流和信息數據,實現另一種全新的無 人值守的計量模式。