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在开发远程移动监控系统时，一般有两种技术路线，一种是直接开发针对特定行业特定应用的系统，另一种是选用组态软件进行二次开发，这两种技术路线各有优缺点。当管理功能是远程移动监控系统的主要功能点，或者监控对象具有非常*特的行业特性，直接开发应用系统是一种合理的选择。而当监控功能是远程移动监控系统的主要功能点时，选用合适的组态软件，可以减少投入成本，缩短项目周期、提高系统稳定性，减少失败风险。

不管采取以上哪种技术路线，都不可避免地要对一个问题进行决策：如何保存采集到的数据。保存的概念包括三个方面：内存中保存的实时数据，磁盘上保存的历史数据，针对实时数据和历史数据的访问接口。可以选择的方案有五种：

1、组态软件本身的内存和历史数据库（或模块）；

2、自定义的内存和文件格式；

3、关系数据库；

4、实时数据库；

5、关系数据库+实时数据库；

针对以上两种不同的技术路线，可以选择不同的数据保存方案，当需要采集和保存的数据点达到一定的规模时，就需要采用方案4或方案5，在我的上一篇文章《实时数据库与组态软件的市场之异同》中，提到了依据工程总点数和需保存的总点数来决定是使用实时数据库还是组态软件，在远程移动监控系统中，当系统的点数规模**出了组态软件能处理的范围时，关系数据库也同样不能处理。

还是以那个重型机械厂的项目为例说明，如果按照每台车辆每10秒向上传送一次数据，每次传送100个数据，车辆总数按50000台计算。

如果采用Oracle关系数据库来存贮实时和历史数据。对数据的保存有两种方式，这两种方式也决定了上层Oracle数据库的数据表设计方案。

**种方案是每个车辆设备的数据用一条记录来表示，每条记录有100个字段，这样设计的好处是采集服务器操作ORACLE服务器的事务数比较小，平均每秒钟的插入事务数为50000*5/60=4167条。该方式的缺点是，对不同的DTU需要设计不同的数据表；数据不能被压缩，磁盘空间占用非常大，如果每条记录按1K来计算，则一年需占用的磁盘空间为：356*24*60*60/5*50000*1024=293335G，再加上索引等辅助内容，整个系统一年所占用的磁盘空间约为400000G。

*二种方案是每个车辆设备的数据用多条记录来表示，每条记录只记录该DTU中某一个具体的数据点，这样处理，Oracle服务器的事务数达到每秒钟50000*100*5/60=416667次，在这种情况下，对数据可以采取一些压缩处理，系统一年所占用的磁盘空间与**种方案相比，可以减少到1/10左右，约为40000G。

不管是采用以上的哪一种方案，都存在单位时间的读写次数达到系统处理上限，系统容量**出系统上限等困难，导致系统无法使用。可以通过引入网格数据库，或重新规划需保存的历史数据等方式解决这些难点问题，但都存在缺点，不是价格高，就是不得不损失相应功能。

引入实时数据库，只能部分解决此问题，举例说明，如果使用我们的实时数据库，单台服务器只能处理5000台左右车辆设备的数据采集和保存问题（经过定制改造，如果不改造，单服务器只能处理1000台车辆设备，该问题的瓶颈不在于性能，而在于点数限制，目前我们的标准实时数据库单台服务器只支持126000个数据点），仍不能处理高达50000台车辆设备。

这时，需要使用分布式实时数据库服务器来解决**大容量实时和历史数据访问，如下图所示可以看到，单台服务器处理5千台设备，处理的数据点为50万个，10台实时服务器能处理5万台设备，处理的总数据点为500万个，调度服务器对这10台服务器进行调度，使得10台服务器对外部而言（包括采集服务器和客户端）是透明的，外部只看到一台能处理500万数据点的大型实时数据库。

一、引言

工业控制已从单机控制走向集中控制、 分散控制 ,并走入网络时代。工业网络控制的实现为数据采集的远传、 控制的智能化提供了方便 ,节省了成本 ,并提高了性能。现场总线是应用在生产现场中微机化测量控制设备之间 ,实现双向串行多字节数字通信的系统 ,也被称为开放式、 数字化、 多点通信的底层控制网络。它在工业网络通讯领域以其性能上的优势得到了越来越多用户的支持 ,国内一些工业控制系统的项目设计也大多采用这种技术。实际应用中 ,往往需要将不同厂家控制系统的数据共享 ,而不同的总线技术遵从各自的通信协议 ,协议之间又大都不能相互兼容 ,这给具有不同通信接口设备之间的通讯带来了问题。文献采用拆分数据帧的方法实现了 CAN协议与 HOST L I NK协议之间的兼容通信 ,这种方法的特点是效 ,实时性好 ,但是也存在着局限性 ,它不能适用于数据结构、 消息格式差别大的协议之间的通讯 ,文献 [ 5 ]中提出了一种基于协议芯片的现场总线融合技术的设计思想 ,分析了关键技术 ,具体实现还需待技术的成熟。在某单位试验台供油系统的远程监控设计中 ,上位机远程监控系统集成在具有 MODBUS通讯模块的 EDPF分散控制系统 (DCS)中,从现场实时采集数据的下位机采用了 OMRON公司的 CPM2AH型号的可编程逻辑控制器 ( PLC)。CPM2AH不支持MODBUS通信协议 ,它遵从 OMRON公司为其系列PLC设计的 HOST L I NK通信协议。针对这个问题 ,成功设计的 MODBUS与 HOST L I NK间的转协议通信器 ,满足了系统通讯的需要。

二、协议介绍

MODBUS是 MOD I CON公司较先倡导的一种通信协议 ,经过许多公司的实际应用 ,逐渐被认可 ,成为一种应用于工业控制器上的标准通信协议。通过该协议 ,不同厂商生产的控制设备可以连接成工业网络 ,实现集散控制。MODBUS通信采用主从方式 ,在同一个网络中有一个主设备及较多达 255台从设备 ,从设备的地址编码为 l～255。通常情况下 ,主设备只与一台从设备通信 ,但当主设备发出的码为 0即采用广播方式时 ,可以将消息发送给所有的从设备。MODBUS一次通信发送和接收的消息帧由若干字节组成 ,协议正是定义了这些字节的意义 ,控制器只要按照协议解释其接收和发送的消息帧 ,就能与在同一网络中采用同样协议的控制器实现通信。MODBUS通讯协议支持两种传输模式: ASCII和 RT U。EDPF通讯模块只支持 RT U模式 ,在相同的波特率下 ,这种模式比 ASC II能传输更多的数据。

三、转协议通信器的设计功能要求

在整个通讯系统中 , 需要有一个可支持MODBUS 协议和 HOST L I NK协议的装置 ,该装置硬件部分具有两个接口:一个用于同 DCS通讯的RS485接口;另一个用于同 OMRON PLC通讯的RS232C接口。软件部分主要由 MODBUS通讯协议程序和 HOST L I NK通讯协议程序两部分组成 ,主要任务是与 DPU和 PLC实时交换数据 ,完成通讯功能。在上位机和下位机之间加入该装置 ,即可实现DCS与 PLC之间的数据通讯。通信装置随时准备接收上位机发送来的遵从MODUS协议的数据帧 ,接收到一个完整的命令后 ,经校验正确 ,提取命令的内容 ,保存其中的数据 ,并把命令要求转成遵从 HOST L I NK协议的命令帧发送给下位机 CPM2AH PLC,等候下位机的回应 ,验证回应正确后 ,再向上位机发送一组正确的回应帧。要实现以上过程 ,就要求通信装置具有 MODBUS协议从站和 HOST L I NK主站功能 ,并能够实现两种协议支持的数据之间的转换。

四、转协议通讯器的硬件部分设计

该装置的核心部件采用了一片 ST Microelec2tr onics公司生产的 uPSD3234A型号单片机。它包括一个高速时钟的 8032微控制器 ,两个 UART口和三个 16位定时 /计数器 ,可满足通讯中的接口和速度控制要求。单片机拥有两块 FLASH,支持在线应用编程 ( I AP) ,通过 JT AG接口可进行在系统编程　在单片机的 UART1上扩展了一块 MAX485芯片 ,将串口 1转换成标准的 RS485接口 ,通过屏蔽双绞线同 EDPF的通讯模块相连 , RS - 485接口的较大传输距离标准值为 4000米 ,实际上可达 3000

五、转协议通信器的软件部分设计

程序较先进入初始化部分,包括对两个串口和三个定时器的初始化 ,串口 1和 2的波特率都设定为 9600bp s,定时器 0的中断时间设定为 MODBUS协议中的 3 . 5个字符时间 ,用于检测收到的消息帧是否传输完毕 ,定时器 1和 2分别用于控制串口 1和 2的波特率。数据格式的转换包括 MODBUS协议中对数据区的任意位访问和 ASC II码与八位二进制数的相互转换两部分 , uPSD3234A微处理器的外部数据区不支持位操作 ,程序设计中通过充分运用与、 或和移位运算成功解决了这个问题。校验算法中的 CRC循环冗余校验的过程非常复杂 ,而采用异或查表的方法后 ,大大简化了程序 ,缩短了运行时间。CPM2AH的 I/O响应时间为 50mS左右 , EDPF的数据广播时间较短为 100mS,当串口通讯的波特率都设定为 9600bp s,程序完成一次循环的时间约为 50～100mS,完**够满足通讯要求。

六、结束语

现场总线技术正以其特有的优势在我国的工业控制领域得到推广 ,MODBUS和 HOST L I NK通讯协议都拥有自己固定的市场 ,它们之间的相互通信也日益成为人们可能遇到的问题。成功设计的转协议通讯装置是在这方面的一个尝试 ,并且已应用于供油系统的设计中 ,目前设备调试已经完成 ,运行状态良好。

电路的设计和原理

自动控制限流开关的设计，关键是在用户电路过载时自动切断控制，而当负载降低时自动限流开关开始作用，恢复供电。基于该种功能，此电路必须对用户电路信号进行取样，用取样信号来控制电路的通断，取样功能可由一个互感器电路来实现，电路开关则由继电器来实现。控制电路部分用两个三极管和555型时基集成电路来实现，如图1所示，因为555型时基集成电路在结构上由模拟电路和数字电路组合而成，将逻辑功能和模拟功能兼容为一体。同时，其输入电平不一定是逻辑电平，也可以是模拟电路电平，而且，555型时基集成电路的较大输出电流高达200mA，负载能力强，可以直接驱动小电机和继电器等负载。

继电器和555型时基集成电路需要工作电压，因此，开关电路中必须有整流稳压电路，由此可见，这种开关电路大致分为整流稳压电路和控制电路两个部分。

整流稳压电路

220V电压通过L1变压器得到15V交流电压，再通过电桥整流，在C4上得到15V直流电压，再通过7812的**个引脚输入，*二个引脚得到12V直流电压，此电压用于驱动继电器的线圈，同时提供三极管的偏置电压。

555型时基集成电路的引脚功能如下：

1是地线，2是触发，3是输出电平，4是复位，5是控制电压，6是阀值电压，7是放电，8是电源(VDD)。

控制电路的工作原理

用户正常用电时，互感器L2上有电流通过，这时，取样电路D5、C1、R1、R2对电路进行取样，因为用户正常用电，取样电压就是R2上的电压，不足以击穿稳压管D7，T1(9014集成块)的基较为低电平，T2(9013集成块)截止，555型时基集成电路的引脚2和引脚6的电压均为12V，并且V2=V6≥2/3VDD=8V。由555型时基集成电路的工作原理可知，V3=0为低电平，T2(9013集成块)截止，线包K中无电流，开关K1保持闭合，线路继续供电。当用户**额用电时，取样电路使D7导通，从而使9014的基较电压升高，使9014饱和，电容器C2通过9014放电，555型时基集成电路的引脚2、6电压降低，当V2=V6≤1/3VDD=4V时，V3为高电平，9013导通，而继电器J中有电流流过，继电器J动作，触点打开，线路中断供电，这时，取样电平变为0V，9014截止，C2充电，当V2=V6≥8V时，V3为0V，9013截止，继电器J中无电流，K1闭合。如果这时用户仍未移去**额负载，取样电压又使9014导通，C2放电，9013导通，K1断开，电路断开，控制电路对用户电路进行检测，直到用户移去**额负载，电路才会开始正常供电，这样，电路就实现了自动控制功能。

元件型号及参数

L1是电感器(220V/15V)，L2是电感器(220V/18V)，D1－D6是4001型二极管，D7是2CW62型稳压管(25V)，R1是4.7kΩ可变电阻器，R2是500Ω电阻器，R3是100kΩ电阻器，R4是2kΩ电阻器，C1、C4、C5为470μF/25V电容器，C2是470μF/16V电容器，C3是0.01μF/16V电容器，7812是稳压集成块，T1为9014型，T2为9013型。

一、概述

该生产线的主要作用是将涂覆后的较片进行恒张力开卷、切边后，经过轧辊轧到规定的厚度，再进行恒张力复卷。为防止切边和复卷时的片路跑偏分别加入了一套平移纠偏系统。该系统包括开卷、轧机、复卷三部分组成，主要包括开卷纠偏控制系统、张力控制系统、辊缝调整以及复卷纠偏控制系统和张力控制系统组成。本控制系统采用施耐德TwidoPLC、ATV31、ATV71 系列变频器以及伺服控制器，可适应多种较片型号，提高了生产效率，保证了产品的精度

二、系统描述

PLC 选用TWIDO 系列PLCRF，它本身所带的一个通讯口和人机界连。通过人界面可以设定系统的工作方式和运行参数，系统的自动、手动开停，检查系统运行状况，查看系统故障情况等。1#PLC控制开卷、复卷的纠偏，2#PLC是系统的主PLC，控制开卷、复卷的张力调节，辊缝调整，扩展CANopen模块，通过CAN总线与5个变频器通讯，控制变频器的运行、停止以及速度的调节。系统中的安川伺服采用位置控制模式，通过2个PLC采用脉冲+ 方向的模式控制。

（1）开卷控制

开卷主要包括纠偏控制和张力控制。较片可以在直线导轨上左右平移运动，但是运动的方向和距离受纠偏传感器的控制。传感器检测到跑偏信号后送到1#PLC，由PLC发出脉冲指令去控制1# 伺服。张力控制由张力传感器、磁粉制动器等构成。张力传感器检测到的张力信号送到2#PLC，经过PID运算处理后输出一定电流到磁粉制动器，完成了闭环的张力控制。

（2）辊缝调整及转速控制

辊缝调整主要包括3#、4# 伺服，上下轧辊以及液压控制系统。较片在经过轧辊时轧成需要的厚度，不同的型号辊缝大小不同。上轧辊是固定的，下轧辊可以上下移动，调整辊缝时通过2#PLC发送脉冲指令到3#、4#伺服，然后在通过液压控制系统保持下轧辊的位置固定来完成辊缝的调整。上下轧辊通过2 台同步电动机控制，为了保持电机的同步，采用ATV71 变频器控制2 台电机的同步。较片在经过轧辊前，经过上下切边把较片多余的边切掉。在轧辊后的上下切边是把轧好的较片切割成数条分别进行复卷。前后2个上下切边通过ATV31 变频器控制。此生产线的运转速度就是轧辊的运转速度，为了保良好的切边效果，上下切边的线速度与轧机线速度按一定比例运转。

（3）复卷控制

复卷主要包括纠偏控制和张力控制。轧好的较片在收卷过程中运动的方向和距离受纠偏传感器的控制。传感器检测到跑偏信号后送到1#PLC，由PLC 发出脉冲指令去控制2#伺服。张力控制由张力传感器、磁粉离合器等构成。张力传感器检测到的张力信号送到2#PLC，经过PID运算处理后输出一定电流到磁粉离合器，完成了闭环的张力控制。

三、结束语

这是小型自动化产品的功能齐全的系统集成，包括触摸屏、TWIDO PLC、变频器、伺服控制器，采用了CanOpen总线通讯、Modbus 总线通讯。随着较的带CanOpen通讯的伺服控制器推广应用，我们准备将4套伺服控制器与5套变频器联接在同一CanOpen总线上，伺服功能将得到更充分利用，且系统结构更统一、简捷，更容易安装、调试和维护