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　　火車站給水系統中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
　　武漢工科自動化/技術部 陳錚錚 吳敏 李躍龍

　　摘要：　通常在許多控制系統中,有部分被控設備需要遙測遙控.但往往不便于鋪設電纜和光纖(如：山坡、河流、城市建筑等擋住鋪設電纜的路徑)，此時，PLC控制系統通過無線遙測遙控就顯得尤為重要。該系統硬件主要由一塊OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC、兩塊捷麥無線數傳模塊、一塊研華ADAM4050亞當模塊及一塊華ADAM4017亞當模塊組成。采用OMRON電氣公司開發的與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。用捷麥的測試軟件對無線數傳模塊進行參數設置。采用美國wonderware公司的InTouch組態軟件編制整個工藝流程的設備狀態，達到的參數實時監控。該系統有友好的人機控制界面，簡單、實用、方便、可靠、性價比高。該系統通過了驗收鑒定，各項控制指標達到了預定要求，已在鐵路系統中得到了廣泛應用。

　　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)火車站給水系統概況和意義

　　傳統的車站加水方法并不能及時排除旅客在列車上的用水問題，不僅給旅客造成諸多不便，而且在運輸高峰時期給火車站的調度工作帶來了很大的負擔。基于PLC的列車給水監測系統雖然能有效的核算列車用水量，完成各項控制功能，但是在某些偏遠的無人值守車站或者是不便于布線的偏遠地區，水源距離主控室又很遠，這種情況下要確保旅客列車的正常飲用水和生活用水，需要建立一套先進的中心自動控制系統，對分散的水源集中管理和調度。其核心方法就是通過PLC結合自動控制技術，計算機技術和無線通訊技術來進行無線遙測遙控。這套系統對于解決水資源的合理調配及火車站給水系統的智能化控制管理創造了便利的條件。

　　(2)應用行業：鐵路、給水
　　(3)使用的產品：OMRON CP1H
　　(4)應用的主要的主要工藝點及要解決的主要問題：信號遠距離無線傳送、無協議通訊

　　2.系統方案

　　2.1  系統結構

　　火車站給水系統分為三個部分：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通道數字量輸入和8通道數字量輸出，分別用于檢測泵的運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轉化為數字信號，再轉化成工程量，以RS-485通訊協議進行通訊。

　　2.3  清水池控制部分

　　清水池附近設有主控室，協調泵站的運行，進行實地的監測和調度。

　　主控室部分的硬件組成：液位傳感器、OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC、一臺PC機。PLC與上位機以RS-232協議進行直接的通訊。

　　2.4  無線通訊

　　2.4.1捷麥DMD21M數傳模塊

　　無論是上位機傳給模塊還是模塊傳給上位機的數據都采用無格式傳送（透明傳送）。所謂透明數據傳輸是指：上位機與模塊進行信息交換的數據格式，沒有象指令字頭、結束符等數據包信息，只要上位機串口有數據輸出，模塊就把串口的數據以無線方式編碼發送；當接收模塊接收到發射模塊發送的的無線數據信號后進行解碼，把解碼后的數據按發送端的格式從串口輸出。也就是說模塊對使用者是開放的、透明的，且無需改變原有通信程序及連接方法。

　　當模塊收到上位機的數據后,模塊先判斷收到的數據是命令還是發送數據,若是命令則執行相應的命令，若是發送數據則先將要發送的數據送到發送緩沖區，并同時將模塊的狀態由接收狀態轉換成發射狀態，然后啟動發送打包程序。發送打包程序的功能是將緩沖區的數據打成適合無線發送的數據包，并將一些控制信令動態地插入到數據包中。

　　在接收狀態下，接收機總是接收碼流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻進行位同步，獲得位同步后進行碼同步，碼同步完成后接收數據及控制信息。收到數據后，按規定的串口幀格式傳送給上位機。

　　需要注意的是，捷麥DMD21M數傳模塊的通信是半雙工的。即無線模塊發射數據時模塊不能接收數據，接收數據時模塊不能發射數據。因此在通信編程時應將收發的時間錯開。

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

　　OMRON CP1H PLC內置模擬量輸入/輸出， 該模塊通過發出ASC碼格式的簡單命令，并以RS-232通訊協議與捷麥數傳模塊進行通訊。考慮到研華模塊的自定義協議，這里只能采取無協議通信。所謂無協議通訊，即不使用固定協議（協議）不經過數據轉換、通過通信端口輸入輸出指令（TXD、RXD 指令）發送接收數據的功能。這種情況下，通過系統設定，將PLC串行端口的串行通信模式設為無協議通信。通過該無協議通信，PLC與帶有RS-232C 端口(或RS-422A/485 端口)的通用外部設備之間，按照TXD、RXD 指令進行單方地發送接收數據。

　　通過遠方的研華亞當模塊，將采集的水源井的液位和給水泵的運行狀態等測控信號按RS-485通訊協議，發送至捷麥的數傳模塊，數傳模塊將打包后的數據經無線通道發送；本地主控室接收端的數傳模塊再將接收的數據和命令一并發送至PLC，PLC根據接收到的數據進行分析，完成各項邏輯控制，并將相關數據發送給PC機。

　　整個過程不用架設任何通訊電纜。上位機與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。在通信前串口的數據幀格式（8個數據位或9 個數據位）與速率應與模塊的設置一致。

　　2.5  系統的主要設計原則

　　本站按無人值班來設計，初期為少人值班，待取得一定的運行經驗后將逐步過渡到無人值班。

　　3.軟件

　　軟件設計需完成以下控制要求：先檢查水源井水位是否達到設定的下限液位。若已經低于下限液位，則觸發報警信號；若處在正常液位，則檢查清水池液位。清水池液位未達到設定的液位上限時，才根據需要啟動給水泵工作；若高于設定的上限液位，則發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進行通訊和監控的中介軟件，通過CX-Programmer 的的操作，可將CPU 單元內的數據寫入到存儲盒，寫入的數據可逐個地指定。也可對存儲盒內保存的數據及CPU 單元內的數據進行核對。

　　3.2  參數設置

　　用捷麥的測試軟件對無線數傳模塊進行參數設置。利用測試軟件測試通信質量，檢驗組網的可行性。

　　3.3  組態軟件

　　組態控制技術最大的特點就是從硬件設計到軟件開發都具有組態性，采用美國wonderware公司的InTouch組態軟件編制整個工藝流程的設備狀態，實時監測和記錄給水泵的開、停、故障狀態記錄。該系統簡單、實用、方便、可靠、性價比高，可視化和圖形化的管理功能為管理和運行能夠提供了方便。通過了驗收鑒定，系統各項控制指標達到了預定要求。

　　3.4  OPC軟件

　　在該控制系統中，因子控制系統分散，并且采用不同廠家的設備和方案。所以要將這些子控制系統集成，并架構統一的實時監控系統。這樣的實時監控系統需要解決分散子系統間的數據共享，各子系統需要統一協調相應控制指令，再考慮到實時監控系統往往需要升級和調整，就需要各子系統具備統一的開放接口。 OPC(OLE for Process Control) 規范正是這一思維的產物。OPC規范了接口函數，不管現場設備以何種形式存在，客戶都以統一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發中脫離出來。通過OPC定義的開放接口，可以實現利用PC機上的組態軟件和模塊間數據交換，從而對被控設備的遙測遙控。

　　4.方案取得的效果和示范性

　　在本工程項目中可以實現點對點直線距離15000m的通訊要求，自試用運行以來，控制功能穩定，設備運行良好在鐵路行業中的廣泛推廣具有良好的前景。

　　參考文獻             

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