智能无线数传设备助PLC实现远程控制应用

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        随着微电子技术的飞速发展,工厂自动化(FA)的兴起,可编程逻辑控制器(PLC)具有功能强大、操作简单、可靠性强等特点,使其应用几乎覆盖了所有工业控制领域。

       在传统的应用方式中,PLC一旦安装到使用现场后设计人员将很难跟踪维护,出现问题也不能及时调试和升级。现在可以为PLC加装GPRS/CDMA智能无线数传设备( DTU),改造为无线升级方案,实现了PLC的集中管理和分散控制。本方案使用互联网服务器通过无线方式对工业现场的PLC进行远程控制,不受距离和组网的限制。

       方案论证

  在工业控制领域,位于工业现场的PLC设备可能分布各地,为了实现远程集中管理分布于多个工业现场的PLC设备,采用电缆布线通信方式与远程服务器相连,不但布线麻烦、维护不方便、耗材极大,而且长距离造成的通信不稳定性大大增加(例如信号干扰、衰减)。尤其在高度分散性的工业控制系统,取而代之的无线通信方式,让传统布线方式所产生的问题迎刃而解。无线通信方案主要有无线数传电台和GPRS/CDMA无线通信两大类。

  无线数传电台方案的建设成本(发射塔、天线、基站)及维护成本都是一笔不小的开支,并且网络容量有限。最重要的是通信距离有限,受城市影响很大,高楼大厦会造成电波的反射和折射,要不断的调整电台位置和天线位置,因此不宜采用。

  GPRS/CDMA无线数据通信是如今广泛使用的两种通用通信方式。采用GPRS/CDMA无线通信方案,依靠现成的GPRS/CDMA网络,网络覆盖面积大,维护成本低,通信可靠,而且完全不受距离的限制,特别适合分散性的工业控制系统,其中选择GPRS网络的优势是覆盖范围广泛,适合频繁,突发和少量的数据传输,CDMA网络是基于目前商用的CDMA2000-1X,因为具有理论上153.6K的速率,是GPRS网络的3倍,所以适合有高速数据传输要求的应用。

  目前基于GPRS/CDMA无线数据通信方式的工业控制模块和系统已经广泛应用于工业控制、安防、电力、金融、交通、石油、煤矿各个领域。

        系统设计

  本方案中整个系统由用户设备(PLC)、无线数据传输设备(DTU)、服务器三大主要部分组成,如图1所示。服务器通过Internet网络、GPRS/CDMA网络与无线数据传输设备(DTU)建立连接,无线数据传输设备(DTU)又通过串口(RS-232/485/422)直接与位于各个工业现场的PLC相接,以实现对PLC远程控制。


图1  DTU远程控制PLC方案

  本文以广州致远电子有限公司的GPRS DTU ZWG-23A和OMRON的CJ1G-H 型PLC为例进行方案的说明。ZWG-23A是一款基于GPRS 网络的无线数据传输终端设备(DTU),提供全透明数据通道,可以方便地实现远程、无线、网络化的通信方式,能够让串口设备轻松实现与Internet 的无线连接。
  
  系统安装配置流程

  系统安装流程主要有如下四个步骤:
  
  ·架设服务器并且安装相关软件;
  ·架设服务器;
  ·相关软件:OMRON PLC上位机编程软件(CX-Programmer 5.0)、DTU配置工具及虚拟串口(ZNetCManager);
  

       现场设备安装,ZWG-23A和PLC连接。ZWG-23A通过DB9母头串口插座和PLC进行数据通信。该串口插座的外形和引脚编号如图2所示。

图2  DB9母头插座编号

  该DB9母头串口插座引脚的引脚编号、信号名称、功能定义和方向如表1所示。表中的“方向”都是相对于DTU设备而言的,例如“OUT”表示该引脚为DTU的输出引脚。在连接硬件的时候需要根据PLC的通信接口引脚定义选择合适的连接线。

        配置工作通信工作参数

  设置DTU接口通信参数、服务器IP、端口号和一些高级参数。DTU接口通信参数必须与PLC接口通信参数一致(此处设置为PLC的默认值,波特率9600bps、起始位1位、数据位7位、停止位2位、偶校验),如图3所示。DTU设置为客户端,IP、端口号设置为服务器的IP地址和端口号,高级参数主要设置数据包最大长度和帧间隔时间等。

图3  DTU基本参数配置
  

       建立虚拟串口
  
  在PC机运行ZNetCManager软件即可把位于各个工业现场的ZWG-23A的串口虚拟为PC的串口。PLC与DTU连接相当于PLC直接与PC相连。

  步骤1:打开虚拟串口配置软件→“新建”,弹出如图4所示对话框。

  步骤2:设置“虚拟串口数”→“建立虚拟串口”→“虚拟串口”,选择虚拟串口号→“设备类型”,选择设备类型,例如:使用的是ZWG-23A,选择ZWG Series →“监听端口”,端口配置与DTU的端口配置一致→“添加”→“确定”。如图4所示。

  步骤3:主界面中,“启动服务”,如果建立连接将出现已连接字样。

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