2 監(jiān)控系統(tǒng)總體結構
監(jiān)控系統(tǒng)采用RS485總線結構,， 通過U SB 轉(zhuǎn)RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)上位機與PID 調(diào)節(jié)儀表的網(wǎng)絡通信,。RS485總線的特點是實施簡單方便， 通過RS- 485可以聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng),， 其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器,， 完全可以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場配備多個PID調(diào)節(jié)儀表的組網(wǎng)需要,。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結構
3 監(jiān)控系統(tǒng)硬件設計
3. 1 自整定專家PID調(diào)節(jié)儀表
自整定專家PID 調(diào)節(jié)儀表具備100 ~ 240VAC寬范圍輸入的開關電源， 輸入采用數(shù)字校正及自校準技術,， 測量精確穩(wěn)定,， 消除溫漂和時漂引起的測量誤差。儀表全面采用表面貼裝工藝,， 并采用多重保護和隔離設計,， 抗干擾能力強、可靠性好,。
儀表采用先進的專家PID 智能調(diào)節(jié)算法,， 控制精確穩(wěn)定， 無超調(diào),， 具備高精度的自整定（ AT ）功能,。
儀表輸出采用模塊化硬件結構設計， 可通過更換不同的功能模塊實現(xiàn)多種控制方式,。PID控制輸出可選擇4mA ~ 20mA電流,、（ 1V ~ 5V電壓）、SSR驅(qū)動,、單相/三相SCR過零觸發(fā)和單相SCR移相觸發(fā)等多種方式,， 另有兩路報警輸出功能， 還可選配變送輸出,， 或標準通訊接口（ RS485或RS232）,。
儀表具有多類型輸入功能， 一臺儀表可以配接不同的輸入信號（熱電偶/熱電阻/線性電壓/線性電流/線性電阻）,， 大大減少了備表的數(shù)量,。其適用范圍非常廣泛， 可與各類傳感器,、變送器配合使用,， 實現(xiàn)對溫度、壓力,、液位,、容量、力等物理量的測量和顯示,，并配合各種執(zhí)行器對電加熱設備和電磁,、電動閥門進行PID 調(diào)節(jié)和控制、報警控制,、數(shù)據(jù)采集和記錄,。
3. 2 USB轉(zhuǎn)RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器
USB 轉(zhuǎn)RS485 協(xié)議轉(zhuǎn)換器是一款即插即用型的協(xié)議轉(zhuǎn)換器， 完全兼容U SB （ Universal Seria l Bus）Rev: 2. 0; 支持任何波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位、數(shù)據(jù)收發(fā)時間間隔等參數(shù),， 是一款自適應的協(xié)議轉(zhuǎn)換器,。
支持RS- 232 /485界面， 2Mbps以上數(shù)據(jù)傳輸速率,。
支持自動握手協(xié)議,； 支持遠程喚醒和電源管理； 支持USB總線直接取電,， 無需外接電源（ DC 5V） ; 驅(qū)動程序分二次確認,， 第一次為芯片驅(qū)動， 第二次為I /O 端口驅(qū)動,， 為同一目錄下的驅(qū)動程序即可完成,。
4 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計
監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用Borland C++ Builder 6設計開發(fā)， 通過其功能強大的圖形化控制界面,， 及SPComm控件在串行口下編程,， 采用Modbus協(xié)議，通過USB 轉(zhuǎn)RS485協(xié)議轉(zhuǎn)換器,， 很好地實現(xiàn)了上位機與PID調(diào)節(jié)儀表的通訊功能,， 從而可以方便的通過對上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面的操作， 實現(xiàn)對生產(chǎn)線上各個分區(qū)儀表的參數(shù)監(jiān)測與遠程操作控制,。
該軟件系統(tǒng)主要包括三部分： 鋼制品生產(chǎn)線上罩式爐設備的溫度監(jiān)測系統(tǒng),， 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)， 以及PID調(diào)節(jié)儀表的讀寫數(shù)據(jù)系統(tǒng),。
4. 1 Modbus通信
標準的Modbus口是使用與RS - 232C 兼容的串行接口,， 它定義了連接口的針腳、電纜,、信號位,、傳輸波特率、奇偶校驗,?？刂破髂苤苯踊蚪?jīng)由Modem組網(wǎng)。
控制器通信使用主- 從技術,， 即主設備能初始化傳輸（查詢）,。從設備根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應反應。無論主設備查詢還是從設備響應,， 每個Modbus幀都包括地址域,、功能域、數(shù)據(jù)域,、錯誤檢測域,。Modbus通信有兩種模式： ASC II模式和RTU 模式,。相對于ASC II模式， RTU 模式在同樣的波特率下,， 可比ASCII模式傳送更多的數(shù)據(jù),。
使用RTU模式， 消息發(fā)送至少要以3. 5個字符時間的停頓間隔開始,。整個消息幀必須作為連續(xù)的流傳輸,。如果在幀完成之前有超過1. 5個字符的停頓時間， 接收設備將刷新不完整的消息并假定下一個字節(jié)是一個新消息的地址域,。同樣的,， 如果一個新消息在小于3. 5個字符時間內(nèi)接著前個消息開始， 接收的設備將認為它是前一個消息的延續(xù),。這將導致一個錯誤,， 因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。一個典型的消息幀如表1所示,。
表1 RTU消息幀
PID 調(diào)節(jié)儀表采用Modbus- RTU 模式進行上位機通訊,， 協(xié)議格式為： 8個數(shù)據(jù)位、1個停止位,、無校驗位,， 發(fā)送接收數(shù)據(jù)都是以十六進制格式進行。
發(fā)送數(shù)據(jù)格式如表2所示,。
表2 發(fā)送數(shù)據(jù)格式
其中,， 參數(shù)的通訊地址用一個字節(jié)表示時， 對應A2位置,， A1默認為00H; 03,、04指令均為讀命令， 其中04對應讀取的數(shù)據(jù)不可寫入,， 03與06 指令對應參數(shù)地址,， 一個讀取、一個寫入,； A1,、A2與A3、A4組成兩個雙字節(jié)的數(shù)據(jù),， CRC 校驗碼是一個雙字節(jié)數(shù)據(jù),， 所有的數(shù)據(jù)都是高位在前， 低位在后,； 03,、04指令讀取數(shù)據(jù)時， A 1,、A2 為開始讀取的地址,， A3,、A4為連續(xù)讀取數(shù)據(jù)的個數(shù)； 06指令中,， A1,、A2需要寫入數(shù)據(jù)的地址， A3,、A 4表示要寫入的數(shù)據(jù)。
返回數(shù)據(jù)格式,， 06 指令寫入數(shù)據(jù)時,， 發(fā)送與返回的數(shù)據(jù)一致； 03,、04指令返回數(shù)據(jù)格式如表3 所示,， 其中返回數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)為： N × 2。
表3 返回數(shù)據(jù)格式
4. 2 溫度監(jiān)測系統(tǒng)
溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用Borland C ++ Builder 6設計開發(fā),， 主要涉及Chart,、T imer、SPComm,、Ma inM enu等控件的使用,。系統(tǒng)程序設計主要包括： 采樣程序， 數(shù)據(jù)保存程序,， 備份歷史數(shù)據(jù)程序等,。溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要流程如圖2所示。
圖2 監(jiān)測系統(tǒng)主要流程圖
4. 3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
啟動數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)程序,， 首先選擇相應的數(shù)據(jù)庫文件,， 將會顯示對應的數(shù)據(jù)庫信息， 如圖3所示,。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)主要包括兩種數(shù)據(jù)檢索方式： 方式1, 通過選定檢索日期進行檢索,； 方式2, 設置卷號， 按卷號檢索,。通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),， 可以很方便地實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的瀏覽與查詢。
圖3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
關鍵字：RS485總線 監(jiān)控系統(tǒng)
4. 4 PID調(diào)節(jié)儀表的讀寫數(shù)據(jù)系統(tǒng)
PID調(diào)節(jié)儀表的讀寫數(shù)據(jù)系統(tǒng)主要包括三部分功能： 寫入儀表前的數(shù)據(jù)設置功能,， 數(shù)據(jù)寫入儀表功能和讀取儀表數(shù)據(jù)功能,。
圖4為數(shù)據(jù)寫入儀表程序主流程圖。其中數(shù)據(jù)設置功能主要通過兩個途徑實現(xiàn)： 途徑1, 添加系統(tǒng)的配置設置文件“MControlini”,， 通過對配置設置文件中溫度和時間參數(shù)的設置與修改,， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入儀表前的設置操作； 途徑2, 啟動讀寫數(shù)據(jù)系統(tǒng)程序,， 選擇相應的數(shù)據(jù)庫文件,， 系統(tǒng)程序會自動關聯(lián)數(shù)據(jù)庫文件中設置的分區(qū)儀表總數(shù),， 通過對每個分區(qū)各個曲線段溫度與時間參數(shù)的修改與設置， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)寫入儀表前的設置操作,。其中,， 途徑2在設置數(shù)據(jù)時， 可以對輸入數(shù)據(jù)的格式及大小進行判斷,， 而且重新設置的數(shù)據(jù)狀態(tài)變化將會實時對應地顯示在界面對應的曲線段中,。
圖4 數(shù)據(jù)寫入儀表程序主流程圖
圖5為讀取儀表數(shù)據(jù)程序主流程圖。通過對系統(tǒng)讀取的儀表數(shù)據(jù)與系統(tǒng)配置文件中的參數(shù)作對比分析,， 判斷儀表數(shù)據(jù)與系統(tǒng)配置文件數(shù)據(jù)是否一致,。
圖5 讀取儀表數(shù)據(jù)程序主流程圖
若“是”， 表明系統(tǒng)設置的參數(shù)與儀表數(shù)據(jù)具有很好的一致性,， 終止讀取程序,； 若“否”， 則執(zhí)行程序的下一步操作：“配置文件數(shù)據(jù)寫入儀表”,， 或者“配置文件數(shù)據(jù)更新為儀表數(shù)據(jù)”,。通過讀取儀表數(shù)據(jù)程序， 系統(tǒng)很好地實現(xiàn)了配置文件數(shù)據(jù)與儀表數(shù)據(jù)的一致性,。
5 結束語
通過RS485總線構成的分布式系統(tǒng),， 可以滿足多個PID調(diào)節(jié)儀表的組網(wǎng)需求?；赗S485 總線結構,， 通過Modbus協(xié)議， 采用Borland C + + Bu ilder6設計的監(jiān)控系統(tǒng),， 很好地實現(xiàn)了對生產(chǎn)線上各個分區(qū)儀表的實時監(jiān)測和遠程控制,， 為相關企業(yè)生產(chǎn)帶來了很好的實際效益， 節(jié)省了一定的人力資源和生產(chǎn)成本,， 具有一定的現(xiàn)實意義,。