摘要： 提出一種新穎的流量數(shù)據(jù)采集方案，介紹了基于PCM模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
關(guān)鍵詞： PCM模塊；數(shù)據(jù)采集
系統(tǒng)設(shè)計
水閘泵站計算機(jī)遠(yuǎn)程需要實時采集河道的水位、流量、水閘閘門的高度、水泵開啟狀況以及雨量等水情工況，為調(diào)水調(diào)度、水閘泵站的控制提供決策依據(jù)。河北省引朱濟(jì)邢引水工程是引朱莊水庫的蓄水至邢臺市區(qū)的鋼廠和電廠。一條輸水管道自水庫尾水池引水，沿河右岸鋪設(shè)，在調(diào)度中心分成四條支路，其中兩支通往鋼廠，兩支通往電廠。為了滿足工程的可靠性及自動化管理的要求，該工程采用了計算機(jī)進(jìn)行工程的調(diào)度及管理。整個工程設(shè)有水庫、調(diào)度中心、鋼廠和電廠四個管理站(見圖1)，監(jiān)視并控制沿線的閘門和閥門狀態(tài)，監(jiān)測管道的壓力和實時流量。

圖1 系統(tǒng)框圖
其中水庫和調(diào)度中心本地的流量數(shù)據(jù)可以通過總線直接上傳到工控機(jī)中，而鋼廠和電廠由于距離水庫和調(diào)度中心比較遠(yuǎn)，當(dāng)?shù)氐膶崟r流量數(shù)據(jù)不能直接通過總線上傳，所以采用了本文所述的流量數(shù)據(jù)采集方案：先通過總線將數(shù)據(jù)上傳至當(dāng)?shù)氐闹?，再?jīng)光纖以太網(wǎng)與水庫和調(diào)度中心的工控機(jī)通訊。為了準(zhǔn)確的反映出現(xiàn)場的實際情況，水庫和調(diào)度中心要求實時顯示出鋼廠和電廠流量的瞬時值和累計值，這樣水庫和調(diào)度中心管理站才能根據(jù)現(xiàn)場的情況調(diào)節(jié)閘門和閥門的狀態(tài)。同時由于鋼廠和電廠還需要做到無人值守，所以必須保證設(shè)備采集數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。
鋼廠和電廠兩個管理站都配置了GE公司的90-30系列，包括、CPU模塊、以太網(wǎng)接口模塊、可編程協(xié)處理模塊。電磁流量計采用的是上?？坡」馊A儀器有限公司的AQUAFLUX型電磁流量計，鋼廠和電廠的流量可以由安裝在鋼廠和電廠入口處的電磁流量計采集。整個采集系統(tǒng)的關(guān)鍵是將流量計的數(shù)據(jù)上傳至相應(yīng)的寄存器中，此功能是通過為PLC配置的可編程協(xié)處理模塊PCM來完成的，PCM模塊通過RS-485總線采集電磁流量計的數(shù)據(jù)，然后通過開發(fā)的通訊程序計算出瞬時流量和累計流量，并寫入PLC相應(yīng)的寄存器單元，最后通過以太網(wǎng)接口模塊和交換機(jī)連接到光纖以太網(wǎng)上，將數(shù)據(jù)傳送到水庫和調(diào)度中心兩個管理站。
系統(tǒng)硬件
GE90-30系列PCM模塊
GE Fanuc自動化公司的可編程協(xié)處理模塊是一個用來執(zhí)行協(xié)處理功能的高性能微型計算機(jī)，它集通訊模塊(CCM)和/模塊(ABM)于一體，具有較大的存儲容量和完善的功能。
PCM模塊內(nèi)含一個的微處理器，其板載RAM隨機(jī)存儲器，可選擇160、192或640Kbytes三種容量。每個PCM模塊占用主CPU框架中的一個槽位，連接后可以使用PLC自身的內(nèi)存。另外PCM模塊內(nèi)含兩個串口、一個與PLC同步的實時時鐘、重啟動/復(fù)位按鈕、三個狀態(tài)指示燈。PCM模塊的初始化可由軟件進(jìn)行配置，不需要通過撥碼和跳線進(jìn)行設(shè)置。
PCM模塊被應(yīng)用于PLC系統(tǒng)之前，首先要對其進(jìn)行配置。它可以配置成CCM 、、BAS/CCM、、PCMCFG、PRT，/CCM和CCM/幾種模式。本工程需要開發(fā)流量計的數(shù)據(jù)采集和流量計算的程序，又要通過RS-485總線與流量計之間進(jìn)行通訊，所以需把端口設(shè)置成BAS/CCM模式。同時還應(yīng)配置好端口的主從模式、接口類型、波特率及奇偶校驗類型等信息。
將PCM模塊的RS-485接口(port2)與電磁流量計的RS-485接口通過屏蔽雙絞線互連，接線圖如圖2所示。

圖2 2-Wires RS-485 PCM 連接圖
為了在線開發(fā)數(shù)據(jù)采集程序，需要外接一個與兼容的終端顯示器，所以將PCM模塊的接口(port1)與PC機(jī)的串口相連，用Windows系統(tǒng)自帶的超級終端(與兼容)進(jìn)行程序開發(fā)。接線圖見圖3。

圖3 PCM與PC機(jī)連接圖
當(dāng)端口配置成CCM運行時，CCM端口可以被配置成主、從，或?qū)Φ韧ㄐ拍Ｊ?。通過這種設(shè)置，可以在PLC和外部設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)。對于從或?qū)Φ饶Ｊ剑粋€外部CCM設(shè)備(例如工控機(jī))可以通過PCM模塊的端口向PLC發(fā)送或請求數(shù)據(jù)。在主或?qū)Φ饶Ｊ较?，PLC CPU中的應(yīng)用程序可以啟動連接到PCM端口上的CCM設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
PCM模塊內(nèi)嵌功能強(qiáng)大的MegaBasic。通過編程可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集、存儲、實時計算和操作員界面功能。MegaBasic程序可以使用Windows標(biāo)準(zhǔn)的文本編輯器離線開發(fā)，也可以通過連接到PCM編程口上的終端在線開發(fā)。MegaBasic解釋器也允許在環(huán)境下離線開發(fā)，但是不支持MegaBasic的擴(kuò)充版本。
通過以太網(wǎng)接口模塊，可以將GE90-30系列PLC連接到以太網(wǎng)上，并完成編程、在線監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集和點對點通訊等功能。
AQUAFLUX型電磁流量計
本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用的AQUAFLUX流量計適用于污水的流量測量，其采用經(jīng)濟(jì)、堅固型設(shè)計，防護(hù)等級達(dá)到了IP67，工作溫度可達(dá)90℃，工作壓力可達(dá)40bar/580psig，同時加裝了IFC110型信號轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器上配有RS-485接口。
軟件設(shè)計
要保證通信的準(zhǔn)確可靠，通信雙方必須遵守一定的通信協(xié)議。本系統(tǒng)中的所有通訊遵循主從方式，由上位機(jī)(PCM模塊)查詢，下位機(jī)(電磁流量計)回應(yīng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)，其主機(jī)查詢命令報文格式如表1(皆為十六進(jìn)制數(shù))：

表1 報文格式

* 第0~4字節(jié)為同步字節(jié)SYN=16H，同步字節(jié)最少為3個，現(xiàn)發(fā)送5個

* 第5字節(jié)為起始位STX=02H

* 第6字節(jié)為設(shè)備碼位DEV，它的編碼是唯一的，對于電磁流量計DEV=91H

* 第7字節(jié)為地址位ADR，它可以選0到239中的值，240到255是為特殊用途預(yù)留的

* 第8字節(jié)為版本位VER，它可以設(shè)為任意值

* 第9字節(jié)為功能位FCT=18H，18H代表讀取測量值

* 第10~11字節(jié)為密碼位PASSWORD，0000H代表無密碼，F(xiàn)FFFH代表有密碼

* 第12字節(jié)為校驗和CS，它是從STX開始，加上整個信息字段，再加上被累加的個數(shù)(此處是7個)，然后在對100H 取余，即CS=[(02+91+01+01+18+0+0)+7]MOD100=B4

* 第13字節(jié)為結(jié)束標(biāo)記ETX=03H
PCM模塊數(shù)據(jù)采集程序利用循環(huán)程序進(jìn)行通訊采樣，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過校驗后實時傳給PLC的CPU，MegaBasic變量與PLC 的CPU地址建立連接是通過SYSLINK命令實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)寫入可用SYSWRITE命令，斷開地址連接可用UNLINK命令。具體流程如圖4所示。

圖4 主程序流程圖
結(jié)語
本系統(tǒng)利用PCM模塊的可編程性實現(xiàn)了流量數(shù)據(jù)的在線實時采集和計算，使用起來靈活方便，減輕了PLC主CPU的負(fù)擔(dān)。該采集系統(tǒng)已經(jīng)投入運行一年多，運行狀態(tài)穩(wěn)定，通訊效率很高，達(dá)到了設(shè)計要求。