智能無線數(shù)傳設(shè)備助PLC實現(xiàn)遠程控制應(yīng)用

摘要： 隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，工廠自動化(FA)的興起，可編程邏輯控制器(PLC)具有功能強大、操作簡單、可靠性強等特點，使其應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)控制領(lǐng)域。在傳統(tǒng)的應(yīng)用方式中，PLC一旦安裝到使用現(xiàn)場后設(shè)計人員將很難跟蹤維護，出現(xiàn)問題也不能及時調(diào)試和升級�，F(xiàn)在可以為PLC加裝GPRS/CDMA智能無線數(shù)傳設(shè)備( DTU)，改造為無線升級方案，實現(xiàn)了PLC的集中管理和分散控制。本方案使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通過無線方式對工業(yè)現(xiàn)場的PLC進行遠程控制，不受距離和組網(wǎng)的限制。

方案論證

在工業(yè)控制領(lǐng)域，位于工業(yè)現(xiàn)場的PLC設(shè)備可能分布各地，為了實現(xiàn)遠程集中管理分布于多個工業(yè)現(xiàn)場的PLC設(shè)備，采用電纜布線通信方式與遠程服務(wù)器相連，不但布線麻煩、維護不方便、耗材極大，而且長距離造成的通信不穩(wěn)定性大大增加(例如信號干擾、衰減)。尤其在高度分散性的工業(yè)控制系統(tǒng)，取而代之的無線通信方式，讓傳統(tǒng)布線方式所產(chǎn)生的問題迎刃而解。無線通信方案主要有無線數(shù)傳電臺和GPRS/CDMA無線通信兩大類。

無線數(shù)傳電臺方案的建設(shè)成本(發(fā)射塔、天線、基站)及維護成本都是一筆不小的開支，并且網(wǎng)絡(luò)容量有限。最重要的是通信距離有限，受城市影響很大，高樓大廈會造成電波的反射和折射，要不斷的調(diào)整電臺位置和天線位置，因此不宜采用。

GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)通信是如今廣泛使用的兩種通用通信方式。采用GPRS/CDMA無線通信方案，依靠現(xiàn)成的GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大，維護成本低，通信可靠，而且完全不受距離的限制，特別適合分散性的工業(yè)控制系統(tǒng)，其中選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢是覆蓋范圍廣泛，適合頻繁，突發(fā)和少量的數(shù)據(jù)傳輸，CDMA網(wǎng)絡(luò)是基于目前商用的CDMA2000-1X,因為具有理論上153.6K的速率，是GPRS網(wǎng)絡(luò)的3倍，所以適合有高速數(shù)據(jù)傳輸要求的應(yīng)用。

目前基于GPRS/CDMA無線數(shù)據(jù)通信方式的工業(yè)控制模塊和系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、安防、電力、金融、交通、石油、煤礦各個領(lǐng)域。

系統(tǒng)設(shè)計

本方案中整個系統(tǒng)由用戶設(shè)備(PLC)、無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(DTU)、服務(wù)器三大主要部分組成，如圖1所示。服務(wù)器通過Internet網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)與無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(DTU)建立連接，無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備(DTU)又通過串口(RS-232/485/422)直接與位于各個工業(yè)現(xiàn)場的PLC相接，以實現(xiàn)對PLC遠程控制。

圖1  DTU遠程控制PLC方案

本文以廣州致遠電子有限公司的GPRS DTU ZWG-23A和OMRON的CJ1G-H 型PLC為例進行方案的說明。ZWG-23A是一款基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備(DTU)，提供全透明數(shù)據(jù)通道，可以方便地實現(xiàn)遠程、無線、網(wǎng)絡(luò)化的通信方式，能夠讓串口設(shè)備輕松實現(xiàn)與Internet 的無線連接。
　　
　　系統(tǒng)安裝配置流程

系統(tǒng)安裝流程主要有如下四個步驟：
　　
　　架設(shè)服務(wù)器并且安裝相關(guān)軟件；

架設(shè)服務(wù)器；

相關(guān)軟件：OMRON PLC上位機編程軟件(CX-Programmer 5.0)、DTU配置工具及虛擬串口(ZNetCManager)；

現(xiàn)場設(shè)備安裝，ZWG-23A和PLC連接。ZWG-23A通過DB9母頭串口插座和PLC進行數(shù)據(jù)通信。該串口插座的外形和引腳編號如圖2所示。

圖2  DB9母頭插座編號

該DB9母頭串口插座引腳的引腳編號、信號名稱、功能定義和方向如表1所示。表中的“方向”都是相對于DTU設(shè)備而言的，例如“OUT”表示該引腳為DTU的輸出引腳。在連接硬件的時候需要根據(jù)PLC的通信接口引腳定義選擇合適的連接線。

配置工作通信工作參數(shù)

設(shè)置DTU接口通信參數(shù)、服務(wù)器IP、端口號和一些高級參數(shù)。DTU接口通信參數(shù)必須與PLC接口通信參數(shù)一致(此處設(shè)置為PLC的默認值，波特率9600bps、起始位1位、數(shù)據(jù)位7位、停止位2位、偶校驗)，如圖3所示。DTU設(shè)置為客戶端，IP、端口號設(shè)置為服務(wù)器的IP地址和端口號，高級參數(shù)主要設(shè)置數(shù)據(jù)包最大長度和幀間隔時間等。

圖3  DTU基本參數(shù)配置

建立虛擬串口
　　
　　在PC機運行ZNetCManager軟件即可把位于各個工業(yè)現(xiàn)場的ZWG-23A的串口虛擬為PC的串口。PLC與DTU連接相當于PLC直接與PC相連。

步驟1：打開虛擬串口配置軟件→“新建”，彈出如圖4所示對話框。

步驟2：設(shè)置“虛擬串口數(shù)”→“建立虛擬串口”→“虛擬串口”，選擇虛擬串口號→“設(shè)備類型”，選擇設(shè)備類型，例如：使用的是ZWG-23A，選擇ZWG Series →“監(jiān)聽端口”，端口配置與DTU的端口配置一致→“添加”→“確定”。如圖4所示。

步驟3：主界面中，“啟動服務(wù)”，如果建立連接將出現(xiàn)已連接字樣。

設(shè)置上位機編程軟件　　

設(shè)置OMRON PLC相關(guān)參數(shù)，如PLC類型、連接模式、響應(yīng)超時時間等。

步驟1：打開CX-Programmer 5.0，點擊“文件”→“新建”，在如圖5所示的對話框里設(shè)定新建PLC的名稱、選擇所使用的PLC的設(shè)備類型及網(wǎng)絡(luò)類型。

表1  DB9插座信號說明

步驟2：單擊“設(shè)備類型”右方的“設(shè)定”，選擇當前CPU型號→“確定”。

步驟3：單擊“網(wǎng)絡(luò)類型”右方的“設(shè)定”，彈出如圖6所示對話框。單擊“驅(qū)動器”出現(xiàn)如圖7所示對話框。

圖3  DTU基本參數(shù)配置

圖4  配置屬性對話框

在CX-Programmer 5.0軟件的PLC設(shè)定中，上位機鏈接端口波特率是設(shè)置PLC的，DTU設(shè)置的波特率必須和此波特率一致才能正常通信。如兩者不一致，可以修改DTU的通信波特率；也可以修改PLC的通信波特率。

全都設(shè)置完畢后，進入新建的工程。然后點擊連接，服務(wù)器便可以與PLC進行通信。

優(yōu)化通信速度與降低GPRS流量

上文介紹了在PLC默認波特率下進行的通信，事實上通信速度還可以進一步的提升，提高通信波特率可以實現(xiàn)更快的傳輸。

DTU工作模式默認為永遠在線模式，如果實際情況不要求DTU永遠在線，只是需要的時候DTU才上線與PLC進行通信，則可以采用空閑下線這種工作模式。在空閑下線模式(DTU 斷開與服務(wù)器的連接)，可以使用以下兩種方法使DTU 模塊與服務(wù)器之間重新建立連接。第一種是通過發(fā)送喚醒短信激活DTU；第二種是通過電話喚醒，只要撥打DTU SIM 卡的號碼，聽到DTU掛斷，就說明DTU 已經(jīng)喚醒，該方法不產(chǎn)生任何費用，而且時效性更好。具體操作過程見參考資料。

結(jié)語

經(jīng)過實際系統(tǒng)測試和運行證明基于致遠DTU的系統(tǒng)運行穩(wěn)定，取得了滿意的效果。通過GPRS/CDMA無線通信方式來實現(xiàn)PLC的遠程控制是未來發(fā)展的一種趨勢，本文雖然僅以O(shè)MRON的PLC為例做了說明這個系統(tǒng)的構(gòu)建，配置和實施的過程，實際上對于其他公司的PLC也是采用類似的步驟即可實現(xiàn)遠程控制的功能。

參考文獻：

1.  廣州致遠電子有限公司 ZWG-23A用戶手冊、數(shù)據(jù)手冊

2.  廣州致遠電子有限公司 ZWG-23A無線數(shù)傳設(shè)備(DTU)快速應(yīng)用

3.  廣州致遠電子有限公司 工控與通訊網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)解決方案

4.  www.embedcontrol.com