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定量配料實(shí)踐教學(xué)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)包含上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件，網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)，以及ARM嵌入式定量配料控制器。上位機(jī)通過MCGS組態(tài)軟件來(lái)監(jiān)控定量配料系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)控制器網(wǎng)關(guān)首先分析MCGS組態(tài)軟件發(fā)出的協(xié)議分析，再通過RS485總線方式遠(yuǎn)程控制ARM嵌入式定量配料控制器。
1總體設(shè)計(jì)
定量配料實(shí)踐教學(xué)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是通過中心監(jiān)控室可以監(jiān)控車間各個(gè)皮帶秤的傳送的材料的量。定量配料實(shí)踐教學(xué)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過MCGS組態(tài)軟件來(lái)控制并配料，各個(gè)皮帶秤料成分量，由MCGS上研華4024采集模塊通過串口傳輸發(fā)送數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對(duì)研華4024模塊協(xié)議進(jìn)行分析，并傳輸給各個(gè)皮帶秤控制臺(tái)。皮帶秤控制臺(tái)通過靜態(tài)秤，動(dòng)態(tài)秤壓力傳感器實(shí)時(shí)反饋實(shí)際的皮帶秤料的量，遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過MCGS組態(tài)軟件研華4017采集模塊對(duì)其皮帶秤的量實(shí)時(shí)采集。遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過MCGS組態(tài)軟件研華4060采集模塊對(duì)各個(gè)皮帶秤的開關(guān)進(jìn)行控制。
2遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件
MCGS即“監(jiān)視與控制通用系統(tǒng)”，MCGS是為工業(yè)過程控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域服務(wù)的通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件，具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，它提供了從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、流程控制、動(dòng)畫顯示、報(bào)表輸出等解決實(shí)際工程問題的完整方案。
MCGS組態(tài)軟件建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于用戶分步組態(tài)，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。MCGS組態(tài)軟件由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略5部分構(gòu)成。其中的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)”是整個(gè)系統(tǒng)的核心。在生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，每一部分均可分別進(jìn)行組態(tài)配置，獨(dú)立建造，互不相干；而在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，各個(gè)部分都通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)交換數(shù)據(jù)，形成互相關(guān)聯(lián)的整體。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)數(shù)據(jù)處理中心，是系統(tǒng)各個(gè)部分及其各種功能性構(gòu)件的公用數(shù)據(jù)區(qū)。各個(gè)部件獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)輸入和輸出數(shù)據(jù)，并完成自己的差錯(cuò)控制。
2.1MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
組態(tài)軟件MCGS配料生產(chǎn)線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先，通過配料各種成分的每?jī)擅虢o定流量，或者配料各種成分配比比例系數(shù)對(duì)配料進(jìn)行設(shè)定。其次，通過配料秤啟停開關(guān)控制各臺(tái)皮帶秤的運(yùn)行和停止。通過動(dòng)態(tài)秤當(dāng)前流量、動(dòng)態(tài)秤累計(jì)流量、皮帶秤運(yùn)行時(shí)間對(duì)各臺(tái)皮帶秤狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
給定流量設(shè)定使用設(shè)備管理中設(shè)備2研華4024，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中添加4個(gè)皮帶秤的流量設(shè)定參數(shù)，連接到設(shè)備2研華4024中。在用戶窗口中輸入各皮帶秤的設(shè)定參數(shù)對(duì)下載給定流量按鈕用腳本控制。如下腳本程序：
!SetDevice(設(shè)備2,1,"")    //打開設(shè)備2
!Sleep(2000)    //工作2秒
!SetDevice(設(shè)備2,2,"")    //關(guān)閉設(shè)備2
運(yùn)行開關(guān)運(yùn)行=1    //運(yùn)行開關(guān)運(yùn)行為1，顯示控制按鈕
//組態(tài)運(yùn)行
當(dāng)下載給定流量后，組態(tài)運(yùn)行按鈕顯示，啟動(dòng)組態(tài)運(yùn)行按鈕整個(gè)系統(tǒng)開始工作檢測(cè)。配料秤啟停開關(guān)使用設(shè)備管理中設(shè)備3研華4060。動(dòng)態(tài)秤當(dāng)前流量、動(dòng)態(tài)秤累計(jì)流量、皮帶秤運(yùn)行時(shí)間使用設(shè)備管理中設(shè)備1研華4017。
2.2MCGS組態(tài)軟件協(xié)議分析
網(wǎng)關(guān)通過接收上位機(jī)組態(tài)軟件MCGS發(fā)來(lái)的指令，進(jìn)行分析判斷指令協(xié)議并控制下面各臺(tái)皮帶秤。必須首先了解MCGS中所構(gòu)建設(shè)備的通信協(xié)議，在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中所使用的設(shè)備的通信協(xié)議如下：
（1）研華4017模塊
上位機(jī)發(fā)送：#地址號(hào)+回車(0x0D)例如：#01回車；
下位機(jī)發(fā)送：+數(shù)據(jù)1+數(shù)據(jù)2+……+數(shù)據(jù)8+回車(0x0D)；數(shù)據(jù)要求字符串6個(gè)字節(jié)，例如：+3.1234+12.456+……+
1.2563(0x0D)。
（2）研華4024模塊
上位機(jī)發(fā)送：$地址號(hào)I+回車(0x0D)例如：$02I回車；下位機(jī)發(fā)送：回車(0x0D)；
上位機(jī)發(fā)送：#地址號(hào)+C設(shè)定的下位機(jī)參數(shù)號(hào)+數(shù)據(jù)+回車(0x0D)；
例如：#02C0+100.00(0x0D)。
（3）研華4017模塊
上位機(jī)發(fā)送：#地址號(hào)+回車(0x0D)例如：#07回車。通過上述協(xié)議網(wǎng)關(guān)控制器ARM通過串口RS485接收到上位機(jī)發(fā)出的命令，解析并控制各臺(tái)皮帶秤。
3網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)
網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)選用嵌入式微處理器ARMLPC2136作為主機(jī)的核心處理，LPC2136微處理器是高性能、低功耗、高集成度并具有工業(yè)級(jí)溫度范圍和性能的微處理器。其內(nèi)部集成串口等外設(shè)接口,通過片內(nèi)PLL（100us的設(shè)置時(shí)間）可實(shí)現(xiàn)最大為60MHz的CPU操作頻率。這樣使得主機(jī)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔、方便、小巧同時(shí)功能齊全。網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)電路框圖如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)電路包含了復(fù)位電路、時(shí)鐘電路以及串口RS485轉(zhuǎn)換電路等。網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)通過RS485串口總線通信來(lái)控制下位機(jī)，并對(duì)MCGS組態(tài)軟件的通信協(xié)議的解析。
3.1網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)硬件
網(wǎng)絡(luò)控制器網(wǎng)關(guān)包含了復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、串口RS485轉(zhuǎn)換電路等，復(fù)位電路如圖3所示。

在圖3中，信號(hào)nRST連接到LPC2136芯片上的復(fù)位引腳RESET，當(dāng)開關(guān)S1按下時(shí)，nRST直接接地被拉低，使得LPC2136芯片復(fù)位并重新工作。
時(shí)鐘電路如圖4所示，網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)采用的外部11.
0592MHz晶振，為嵌入式微處理器ARMLPC2136提供穩(wěn)定的工作時(shí)鐘，并使得串口波特率更精確。串口RS485轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。

串口RS485轉(zhuǎn)換電路采用MAX485芯片。MAX485采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。
RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)/RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω左右的電阻。
3.2網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)軟件
網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)主要是包含接收上位機(jī)命令解析，以及各個(gè)皮帶秤控制命令發(fā)送，獲取各個(gè)皮帶秤的當(dāng)前的狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)控制器程序設(shè)計(jì)主要是端口初始化、串口初始化、判斷串
口是否接收到有效的命令，接收到有效的數(shù)據(jù)根據(jù)MCGS通信協(xié)議判斷具體的命令并處理。程序的主流程如圖6所示。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)接收到上位機(jī)MCGS通過RS485發(fā)出的命令以后，有效數(shù)據(jù)標(biāo)志位置1。程序進(jìn)入解析程序函數(shù)。根據(jù)MCGS組態(tài)軟件通信協(xié)議，首先判斷是那種命令，如：接收到#010x0D（0x0D一個(gè)字節(jié)命令尾標(biāo)志）命令，此命令為研華4017模塊命令，是獲取下位機(jī)動(dòng)態(tài)秤當(dāng)前流量、動(dòng)態(tài)秤累計(jì)流量、皮帶秤運(yùn)行時(shí)間3個(gè)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。接收到#0300000x0D命令，此命令為研華4060模塊命令，是控制皮帶秤啟停的命令。是關(guān)閉所有皮帶秤。命令的后16進(jìn)制兩位為8位二進(jìn)制，分別一二進(jìn)制位控制一路開關(guān)量。接收到#$02I0x0D命令，此命令為研華4024模塊命令，是下載給定流量命令。當(dāng)接收到這個(gè)命令后，網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)關(guān)要給上位機(jī)發(fā)一個(gè)0x0D命令，上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件接收到命令，向網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)發(fā)#02C0+100.000x0D命令，第五位的0表示下位機(jī)的參數(shù)號(hào)，+號(hào)后面的表示下載給0號(hào)設(shè)備的給定流量。通過解析這些命令并給下位發(fā)出命令。
在串口中斷方式接收數(shù)據(jù)的過程中，首先要判斷是否為有效數(shù)據(jù)頭，如：#或$兩種符號(hào)，#為研華4017,4060模塊以及4024發(fā)數(shù)據(jù)的命令的開始字節(jié)，$為研華4024模塊準(zhǔn)備發(fā)數(shù)據(jù)的請(qǐng)求命令開始字節(jié)。接收的是命令字的開始字節(jié)，接收標(biāo)志位置1。其次判斷是否為有效數(shù)據(jù)尾標(biāo)志，如：0x0D命令，接標(biāo)志位清0，并使有效數(shù)據(jù)標(biāo)志位置1，接收到有效數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理。最后判斷接收標(biāo)志位為1，直接接收上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件發(fā)出的命令字節(jié)。串口中斷方式接收數(shù)據(jù)流程圖如圖7所示。

4系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果
在配料實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的整體調(diào)試，很好地控制各臺(tái)皮帶秤的運(yùn)行。上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件上監(jiān)控結(jié)果圖如圖8所示。

分別為各臺(tái)皮帶秤下載給定流量為每?jī)擅?00、200、150、50g后，4臺(tái)皮帶秤在運(yùn)行100s以后的結(jié)果圖。顯示當(dāng)前流量分別為每?jī)擅?00.1、199.7、149.9、50.6g，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定量配料過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5結(jié)語(yǔ)
遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)針對(duì)皮帶秤配料工作環(huán)境差，噪聲大等不利人長(zhǎng)時(shí)間工作特點(diǎn)，遠(yuǎn)程監(jiān)控皮帶秤配料工作的整個(gè)過程。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用嵌入式微處理器ARMLPC2136，具有高性能、低功耗、低成本等特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方案實(shí)驗(yàn)效果較好，并已經(jīng)應(yīng)用到了實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目中。

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