6ES7223-1BM22-0XA8诚信经营
一个集成控制系统，它的功能的体现取决于如何有效地组合该集成控制系统内的各个元件，取决于如何使各个元件能够协调地工作。罗克韦尔自动化意识到了这一点，意识到有效地组合各元件可以通过构成一个结构开放的网络来实现，而使各个元件协调工作则需要使各元件间通信方便，使各元件间能有效地交换各种数据。因此，网络和通信便是一个自动化系统能否发挥其功能的重要因素。罗克韦尔自动化提供了从按钮到可编程序控制器、从传感器到软件、从变频器到信息显示等一系列产品，由此所组成的自动化控制网络正发挥着重要的作用。
一、目前的网络结构及其通信
一个完整的自动化系统其控制可分为3个层次：
1、信息层
这是整个自动化网络的高层，也是对现场采集到的数据和信息进行处理和管理的一层。
2、控制层
这是操作所在的一层，它将处理器与处理器之间的信息交流、将处理器与输入/输出接口之间的信息交流集成在这一层。
3、设备层
这是面向现场设备的一层，也是整个自动化网络的低层，它可以将操作信息送到现场设备，也可以将现场设备的情况反馈到操作者。 PLC资料网 http://www.plcclub.com
相应地，罗克韦尔自动化A-B推出了由以太网、控制网和设备网所组成的开放型网络，如图1示。其中，以太网是以TCP/IP（传输控制协议/网际协议）作为其传输协议的开放型的网络信息层；控制网是一个开放型的现代化的控制网络，可以提供可编程序控制器、输入/输出机架、个人计算机、第三方软硬件以及相关输入/输出设备间的实时通信；设备网是一个开放型的全球化的工业标准通信网络，无需中间的输入/输出系统就可以将现场设备和可编程序控制器直接相连。
图1 设备网网络的典型结构
设备网（DeviceNetTM）
采用设备网，只需通过一根电缆就能够将可编程序控制器直接连接到智能化设备，如传感器、按钮、马达起动器、变频器、简单的操作员接口等，省却了可编程序控制器与输入/输出网络的通信、输入/输出网络与现场设备的硬连线。正是由于设备网可以省却输入/输出网络的这一特点，它才可以使产品集成变得容易，使产品安装和连线费用降低。同时，通过采用全新的生产者/客户（producer/consumer）通信模式，又为设备网提供了强有力的故障诊断和故障查询能力。采用设备网扫描器（1771-SDN、1747-SDN），PLC、SLC500系列可编程序控制器可以连接到设备网，一方面实现了可编程序控制器到现场设备的直接通信，另一方面又可以将设备网和用户现有的AB系统集成在一起。采用1784-PCD、1770-KFD、1770-KFDG等插卡，还可以将个人计算机、工作站、笔记本电脑等接入设备网，从而可以直接在计算机上对现场设备的操作进行编程，如变频器的加速速率和减速速率。此外，设备网不仅可提供大量的数字量I/O接口，而且可以通过FF（Foundation Fieldbus）现场总线提供大量的模拟量I/O接口，因而许多应用场合都可以采用设备网来作为其解决方案。
设备网网络的典型结构，如图1所示。
控制网（ControlNetTM）
采用生产者/客户（producer/consumer）通信模式，控制网结合了输入/输出网络和点对点信息网络的功能，既可以满足对时间苛求的控制数据传输（如I/Oshua新、控制器到控制器的互锁）的需要，又可以满足对时间非苛求的数据传输（如程序上载、下载、信息传送）的需要。控制网适用于实时、高信息吞吐量的应用场合，它的数据传输速率高达5M Bps。因为它的这种高速率，控制网可以支持高度分布式的自动化系统，特别是那些具有高速数字量I/O和大量模拟量I/O的系统。I/O机架和其它设备可以安放在离可编程序控制器几百米远的地方，或者，对于分布式控制系统来说，可以就将可编程序控制器放置在I/O机架中，这样，PLC可以在监视其驻留本地I/O的同时通过控制网与上一级管理控制器进行通信。
计算机自动化SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)技术又称为计算机四遥(遥测、遥控、遥信、遥调)技术，在给排水行业得到广泛的应用。就城市自来水公司而言，其企业特点是：分布式、集散型、网络化、全开放。为了安全、稳定、可靠地管理好遍布全城的供水管网，一定要有一个满足其企业特点的、现代化的、先进的企业综合自动化系统（SAS）。
企业综合自动化系统（SAS）的基础是企业生产过程实时数据采集与监控系统（SCADA）。而一个可靠完善的SCADA系统的建立，依托于高精度/智能化的一次仪表获取信息，依托准确无误的通讯手段传输数据和高效快捷的计算机处理能力。
城市自来水SCADA系统可划分为5个组成部分：水司控制中心、水厂分控中心、管网加压站和水源井监控站。如图1：
图1 自来水SCADA系统结构框图
SCADA系统一般采用无线传输方式完成整个系统的数据采集和传输，使用的设备为无线电台。无线传输一般采用主从应答方式，主站利用无线网络下达命令，从站接收到命令后，执行相应操作，产生回应。回应可以为数据，也可以为系统信息。一般地，城市自来水公司生产过程自动化监控系统（SCADA）包括：水司控制中心、多个水厂分控中心、多个水厂监控分站、多个水源井监控站、多个管网加压站和多个管网测压站。除一个水厂内各监控分站比较集中外，其他监控站点有可能散布在城市的其他区域。因而通讯系统要考虑城市地形、地貌的影响。正是由于自来水SCADA系统既有集中又有分散的特点，我们在实际应用中采用划分区域，有线无线结合的通信策略。具体是：以一个水厂为一个通信区域，水厂分控中心为通信控制中心；水司控制中心与水厂分控中心采用联网通信方式（微波、卫星、光缆、电话线、无线电等），水厂内部各监控站点与水厂分控中心采用无线通信方式（电台），水厂管辖下的取水、供水管网监控站点与水厂分控中心采用无线通信方式（电台）。系统通讯方式示意图见图2。
图2 系统通讯方式示意图
无线数传电台是SCADA系统通讯的重要元素。对于具有分布式、集散型、网络化、全开放特点的企业，其SAS/SCADA系统的建立，承上启下的无线数传电台异常重要。在现代水厂自动化方案中，无线数据采集/传输是由的数据传输电台来完成的。基本上采用的网络结构如图3所示：以MDS2710A为例
图3 水厂网络结构图
中心站的上位机运行组态软件，通过主电台与远端电台以轮询方式通信，远端电台下可以连接PLC、RTU或数据采集设备等，电台工作于专用数传频段（223-235MHz），数据接口均为RS-232，传输速率由300-38400bps可选。上图这种点对多点典型网络的中心站覆盖半径依地理状况等因素不同可以达到30-50公里。（要提到的是，MDS电台还提供用于中短距离传输环境下使用的OEM电台，其使用环境、模式、指标等和MDS2710A基本相同，但价格上比较经济。）
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MDS电台介绍
美国MDS公司的SCADA点对点、点对多点数传电台适用于定点、定向、长距离、小容量数据传输，在石油、天然气、电力配给、自来水和污水处理系统、河流监测和环境检测、金融网络和彩piao系统等领域的SCADA系统得到了广泛应用。其产品具有抗干扰能力强、接收灵敏度高、传输速度快等特点。
产品概述
MDS充分应用新的设计技术来tigao用于多址系统中特许的窄带的数据遥测无线设备的性能和容量。MDS SCADA电台利用数字信号处理（DSP）和表面安装技术为用户提供优良的无线电性能及可靠性。
性能参数
●传输数率高达9.6kbps/19.2kbps
●数据传输转换时间快(Tx-Rx-Tx)，仅为7 ms/15ms
●接收灵敏度高，-110 dBm（BER10-6），为业界少有
特性
性能优越
● 采用数字信号处理(DSP)技术，具有较强的抗干扰性和可靠性
● 外部全铸铝结构，坚固耐用，满足工业级的要求
●一体化结构，电台内置9.6kbps的调制解调器(MODEM)，也可内置模拟RTU(可选件)
使用灵活
●每个电台可配置为主站或远端站设备，只用一台PC就可完成现场测试
另：北京华讯隆重推出了扩频跳频全双工电台WD24810
WD24810是北京华讯通信电子技术公司采用美国先进的扩频通信技术,特别为中国市场定制的免许可频段的扩频窄带无线数据传输电台,是一款高性价比的跳频扩频产品, 特别适合于远距离、低成本的应用领域。
WD24810电台具有无与伦比的通讯抗干扰性、可靠性及数据保密性。多种内部通信加密设计算法使通信保密，是现有低速无线链路的佳选择，可有效保证石油天然气、市政水厂、金融、电力、水利、邮政业务网各种专网的正常通信。
性能参数
◆免申请频段2.4GHz扩频全双工,传输速率9.6kbps,单向传输数率高达19.2kbps
◆采用CSMA载波侦听多点自动检测
◆接收灵敏度高,-105dBm@10-6,为业界少有
◆电台输出功率为10~500mW可调
◆传输距离远可达50公里
特性
◆更加可靠。根据工业标准测试设备的评估,WD24810已经超过了误码率BER标准
◆更加安全。Wd24810采用了先进的跳频扩频FHSS技术,可以防止窃听和干扰
◆距离更远。WD24810传输距离远可达50公里
◆成本更低。WD24810的安装费用远低于有线设备的安装费用
◆WD24810发射功率自适应,前向纠错,具有较强的抗干扰性和可靠性
◆外部全铸铝结构,坚固耐用,满足工业级的要求
◆每个电台可配置为主站或远端站设备,只用一台PC就可完成现场测试
◆软件设置工作频率,功率等参数
◆数据激活工作方式,保证和众多品牌PLC、RTU连接友好,适应大多数工业应用场合
主要应用
◆石油天然气生产、调配输送
◆城市自来水、污水处理、煤气工程
◆电力调度、配网自动化、负荷控制
◆城市交通信号灯、路灯控制系统
◆水利水文监测、大气环境监测系统
◆地震专网实时传输系统
◆车辆GPS定位和报警系统
◆专用移动数据通信系统
◆铁路信号、应急通信系统
◆金融、证券无线联网
◆实时彩piao交易通信系统
◆邮政系统POS联网 无线数据连接的优越性
◆无线系统安装简便
◆无线系统安装与维护成本低
◆有许多地方有线链路不可行时无线链路可行
◆无线设备易于重新设置和搬迁
◆无线设备可以移动
1、引言
本文主要从应用的角度利用VB6.0的MSComm 控件和MODBUS协议，成功实现了某liuliang控制系统中工控机与带RS－232输出接口的智能数字liuliang积算仪之间的串口通信功能。D08－8CZM数字显示表应用于底吹氩liuliang控制系统中liuliang的显示，工控机通过读取其显示值作为反馈信号，从而实现liuliang的闭环控制。
2、D08－8CZM型智能数字liuliang显示积算仪与串口通信
2.1 硬件构成
D07－12A型质量liuliang传感器采用毛细管传热温差量热法原理测量气体的质量liuliang（无需温度压力补偿）。将传感器加热电桥测得的liuliang信号送入放大器放大，放大后的liuliang检测电压与设定电压进行比较，再将差值信号放大后去控制调节阀门，闭环控制流过通道的liuliang使之与设定的liuliang相等。当本liuliang积算仪与MFC（质量liuliang计）配套使用时，只需用电缆通过D型插头将liuliang积算仪与MFC连接起来即可。然后采用一台上位机与一台D08－8CZMliuliang积算仪进行通信的方式，使用RS232通讯方式：将2引脚（TXD）与上位机串口的RXD（工控机串口的2引脚）相连；3引脚（RXD）与上位机串口的TXD（工控机串口的3引脚）相连；5引脚（SG）与上位机串口的SG（工控机串口的5引脚）相连。
2.2 通讯原理
工控机作为上位机与从机（数字liuliang积算仪）采用主从应答方式进行通信，一个网络中只有一个主机（上位机，节点地址为0），主机通过站号（数字liuliang积算仪的唯一地址）区分不同的从机。上位机始终处于主动状态，根据程序运行的需要向（通信端口）数字liuliang积算仪发出读写等命令；从机处于被动状态，接收并响应上位机的命令。需要读采样数据时，上位机通过通信口向指定地址的数字liuliang积算仪发出读数据命令，数字liuliang积算仪响应并将数据准备好，按统一的数据通信帧格式编成响应字符串，主机再次读通信口接收缓冲区即可读到所需的数据。向数字liuliang积算仪写数据时，上位机向指定数字liuliang积算仪发出写命令及参数数据，积算仪即可接受并返回响应情况。上位机通过RS－232通信进行运行状态监控、参数设置、诊断等远程测控功能，实现这些功能采用了不同的通信格式。其中MODBUS协议通讯原理图如下：
图1 MODBUS协议的询问应答环路
2.3 通讯协议
本通信协议应用于D08－8CZM型liuliang积算仪与上位机的通信，数据以16进制格式传输，波特率：9600；数据位8位；停止位：1位；效验位：无。本协议与MODBUS协议兼容，可以通过上位机显示liuliang积算仪的瞬时liuliang、累积liuliang、满量程、单位和阀状态（包括阀控、关闭和清洗），而且可以通过上位机设定liuliang积算仪的瞬时liuliang、使liuliang积算仪的累积liuliang清零。因此在本协议用到了MODBUS协议的命令$03（Reading 1~9words）、命令$05(Force single coil)和命令$06(Writing 1 word)。
使用命令$03可以通过上位机读liuliang积算仪的当前状态，其通信协议的具体格式为：
上位机 积算仪：01 03 00 02 00 08 E5 CC
各字节含义：
01： MODBUS地址；
03： 功能码03（Reading 1~9words）；
00 02：起始地址，00为高8位，02为低8位；
00 08：读取的字数；
E5 CC：CRC效验值，E5为CRC的低8位，CC为高8位。
上位机 积算仪：01 03 10 （1）～（16） CRCL CRCH
各字节含义：
01：MODBUS地址；
03：MODBUS命令号；
10：上传的字节数；
（1）～（4）：瞬时liuliang值；“00～09”表示数字“0～9”，“10～19”表示“0.～9.”；
（5）～（10）：liuliang累积值；同上；
（11）～（14）：满量程；同上；
（15）：liuliang单位；00表示SCCM和SCC，01表示SCCM和SL，11表示SLM和SL；
（16）：阀状态；00表示关闭，80表示阀控，FF表示清洗；
CRCL：CRC的低八位；CRCH：CRC的高8位。
3、用VB实现串行通讯
3.1 MSComm控件
VB的通信控件MSComm能够提供串行通信的全部功能，程序编写、调试简单方便，开发速度快，该控件封装了通信过程中的底层操作程序，用户只需设置和监控控件的属性和事件，就可以方便地实现异步串行通信。
采用MSComm控件接收数据，按照接收方式分两种形式：事件驱动方式，定时查询方式。本例为适应liuliang的实时控制采用定时驱动方式，若定时器计时到，通过串行通信口向指定地址liuliang积算仪发出读写等操作命令，等待时间到则检查InBufferCount属性值来判断输入缓冲区中是否接受到了相应数目的字符，从而进行读取、判断数据合法性和数据存储、处理等操作。
3.2 通信功能的编程实现
程序框图如下：
图2 串口通信程序框图
串口初始化：MSComm1.CommPort = 1
MSComm1.SThreshold = 1
MSComm1.Settings = 9600,N,8,1
MSComm1.InBufferSize = 1024
MSComm1.OutBufferSize = 1024
MSComm1.bbbbbMode = combbbbbModeBinary
打开串口并定时发送数据命令：Private Sub Timer1_Timer()
Dim bytearray(0 To 7) As Byte
bytearray(0) = &H1
bytearray(1) = &H3
bytearray(2) = &H0
bytearray(3) = &H2
bytearray(4) = &H0
bytearray(5) = &H8
bytearray(6) = &HE5
bytearray(7) = &HCC
MSComm1.bbbbbLen = 21
MSComm1.InBufferCount = 0
MSComm1.OutBufferCount = 0
MSComm1.RThreshold = 1
MSComm1.PortOpen = True
If MSComm1.PortOpen = True Then
MSComm1.Output = bytearray
End If
End Sub
接受数据：Private Sub MSComm1_OnComm()
Do
DoEvents
Loop Until MSComm1.InBufferCount = 21
Dim dataread() As Byte
Dim tempdata As Variant
Dim str As bbbbbb
If MSComm1.CommEvent = comEvReceive Then
tempdata = MSComm1.bbbbb
ReDim dataread(UBound(tempdata)) As Byte
For i = 0 To UBound(tempdata)
dataread(i) = tempdata(i)
End Sub
同理利用以上程序框图和通信协议可以完成下图的所有功能：
图3 基于VB的D08-8CZM型liuliang积算仪
4、结束语
利用VB6.0的MSComm 控件和MODBUS协议，实现了工控机与带RS－232输出接口的智能数字liuliang积算仪之间的串口通信功能，使其能够实时的采集瞬时liuliang，并成功的应用于底吹氩liuliang闭环控制系统。这种通信方式灵活方便，结构简单，可靠性高，完全达到了预期的要求，具有较好的实际价值和使用性。
