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1、第四章 集散测控系统,4.1 概 述,集散测控系统又称为分布式测控系统，它是一种综合计算机技术、测量技术、控制技术、通信技术对生产过程集中监测、操作、管理和分散控制的新型测控系统，其特点是采用模块化、标准化和系列化的设计，实现大范围远程多点集中监测、操作、管理与分散控制。,集散测控系统的体系结构从垂直方向分为三级，第一级为分散过程测量与控制级；第二级为集中操作管理级；第三级为综合信息管理级，各级相互独立又相互联系。从水平方向，每一级按功能可分成若干子块（相当于在水平方向分成若干级）。各级之间由通信网络连接，级内各装置之间由本级的通信网络进行通信联系。它的典型体系结构，如图4.1.1所示。,图4
2、.1.1 集散测控系统体系结构,集散测控系统既不同于分散的仪表测控，又不同于集中计算机测控系统，它克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。与模拟仪表测控相比，它具有连接方便采用软连接的方法连接，容易更改，显示方式灵活，显示内容多样，数据存储量大，占用空间少等优点；与计算机集中测控系统相比，它具有操作监督方便，危险分散、功能分散等优点。,目前的集散测控系统中，直接使用许多成熟技术和标准部件。利用现有的工业PC（IPC）、工业标准通信控制网络和通用控制级设备，构成的中小型集散测控系统是应用最为广泛的集散测控系统。其基本结构如图4.1.2所示。,图4.1.2 中小型集散测控系统的基本结构,它的拓扑结构一
3、般采用总线拓扑结构，监控级设备(也可以称为上位机或操作站)一般使用IPC，测控级设备使用产品化的测量与调节仪表、可编程序控制器(PLC)和远程I/O模块等。,根据控制级所采用的不同控制设备，可以将中小型集散测控系统分为IPC+仪表、IPC+PLC、IPC+远程I/O三种基本形式。由IPC+仪表这种方式构成的中小型集散测控系统侧重于过程控制，该系统在脱开IPC后仍是一个独立的仪表控制系统，具有仪表的基本调节功能和显示功能。,由IPC+PLC构成的中小型集散测控系统侧重于逻辑控制和顺序控制，由于PLC可靠性极高，因此，由此构成的中小型集散测控系统具有高可靠性。由IPC+远程I/O构成的中小型集散测
4、控系统适用于过程控制和逻辑控制。如果远程I/O为子系统，则整个系统在脱开IPC后仍然可以独立运行，如果远程I/O为输入/输出模块，则整个系统在脱开IPC后将无法自主运行。,4.2 基于IPC与PLC的集散测控系统,PLC是基于微处理器技术的通用工业自动化控制设备。它采用了计算机的设计思想，实际上就是一种特殊的工业控制专用计算机。现在许多场合利用PLC网络构成一个计算机测控系统，或是将其作为集散测控系统的下位子系统。,4.2.1 系统构成 基于IPC与PLC的集散测控系统实际上就是由多个PLC独立承担各个现场局部范围内的测控工作，再将PLC通过现场总线组成局域网络与作为中央控制计算机的IPC进行
5、通讯，实现数据的上传、指令的下传等通讯功能，从而实现远程集中监控。基于IPC与PLC的集散测控系统的架构图见图4.2.1。,图4.2.1 基于IPC与PLC的集散测控系统架构图,其中IPC是主站（上位机），PLC是从站（下位机），两者进行主从式通信，现场总线可以是任何现场总线，对于不同公司的PLC，采用的现场总线不同，目前，采用RS-485串行总线的居多。,设计的主要工作包括：测控系统的组网、PLC测控程序的设计、IPC上位机系统程序的设计。一般情况下，PLC是作为被测控对象的内嵌式控制计算机，是被控对象的核心环节，它的控制程序通常是由测控对象的研制公司自行设计，而集散测控系统设计人员的主要工
6、作是设计IPC上位机系统测控程序。,4.2.2 螺杆冷水机组远程监控系统1.总体方案 螺杆冷水机组远程监控系统的构成见图4.2.2。监控系统由现场监控系统与远程监控计算机组成，现场系统与远程计算机通过公共电话网相连，以拨号的方式连通并通讯。现场冷水机组是提供冷水的设备，该系统就是要对机组的工作状况及出水温度、压力进行实时监测与控制。,图4.2.2 螺杆冷水机组远程监控系统的构成,机组分为冷水系统与PLC控制系统两部分，PLC是机组的控制核心，它的主要功能包括：采集机组的开关量信号用以判断机组的运行状况；采集机组出水温度信号和压力信号；输出开关量信号控制机组阀门的开关、压缩机的运行。,图4.2.
7、3 现场监控程序的软件结构,2.现场监控程序设计1）监控程序界面 现场监控程序界面见图4.2.4。2）与PLC通讯的程序 当使用者单击菜单“开始监控”，程序响应此菜单单击事件，打开与PLC网络通信的串口，启动定时器TimerPLC以400毫秒的周期定时触发。,图4.2.4 现场监控程序界面,现场控制计算机与PLC通讯的程序流程如图4.2.5所示。其中，在故障报警时，如果发现远程连接断开，就会启动定时器TimerAutoDial以500毫秒为周期拨号，试图远程报警。在程序中使用MSComm控件与PLC和Modem通信，分别为MSCommPLC和 MSCommModem。,图4.2.5 现场控制计
8、算机与PLC通讯的程序流程,3.远程监控程序设计 远程监控需要现场计算机监控程序和远程计算机监控程序的配合来完成。因此，程序可分为两部分，现场端和远程端。通信通过Modem的连接实现。1）现场Modem通讯的程序 远程通讯有三种途径：手动拨号，故障报警自动拨号，处于应答状态接受远程拨入。,（1）故障自动拨号的程序 流程图见图4.2.6。响应自动报警定时器的Timer事件时，打开端口，向Modem拨号。接着响应端口的OnComm事件。如果还未远程连接，则检测Modem回送字串，如果字串表示已连接，那么启动延时定时器。,图4.2.6 故障自动拨号的程序流程,（2）设置自动应答和手动拨号的程序 设置
9、自动应答和手动拨号在窗体dlgDial中，流程图如图4.2.7，(a)为设置自动应答，(b)为手动拨号。AT命令“ATS0=1”表示设置为自动应答。命令“ATS8=2”设置逗号延时时间。命令“ATDT”为拨号命令。,图4.2.7 故障自动拨号的程序流程,2）远程Modem通讯的程序 通信流程如图4.2.8(a)所示，选择Modem通讯端口并打开，并发送命令设置Modem处于自动应答状态，等待现场主机报警拨入。图(b)为手动拨号的流程图。,图4.2.8设置自动应答和手动拨号程序流程,4.3基于IPC与分布式测控模块的集散测控系统,基于IPC与分布式测控模块的集散测控系统在结构上与基于IPC与PL
10、C的集散测控系统相一致，所不同的是将PLC换成了分布式测控模块，分布式测控模块是一种内嵌微处理器的具有数据采集、数据分配、数字I/O或计数等功能，并配有RS-485串行接口的专门远程测控模块。,PLC是一种可独立编程并运行的控制计算机，与PLC不同，分布式模块不是一个独立的控制计算机，不具有用户编程功能，工作时不具备脱离上位机独立工作的功能，需要在上位机控制程序的控制下才能正常工作。PLC作为可独立编程工作的控制计算机，也可以作为分布式模块的上位控制计算机。,7.3.1 分布式模块1.分布式模块的分类 一般地，根据信号种类的不同，使用不同的信道进入控制器时，可以分为嵌入式控制模块、串口转换模块
11、、缓冲模块、模拟输入模块、模拟输出模块、数字输入/输出模块、计数模块以及无线传输模块等种类。,2.基于分布式模块的集散测控系统的结构形式 结构形式见图4.3.1。系统由主控计算机、转换模块以及功能模块组成，网络是RS-485网络，RS-485网络上的模块均由主控计算机控制。,图4.3.1基于分布式模块的系统结构框图,控制方式有三种：使用IPC作为主控制器控制测控系统，这是最为常用的方式。使用嵌入式控制模块作为主控制器控制测控网络，该方式在不太适合IPC工作的场合使用，控制程序必须写入控制模块内，显示程序可以使用专门的人机界面设备处理，由于嵌入式控制模块不如IPC的资源丰富。这种方式只能完成比较
12、简单的任务。,IPC与嵌入式控制模块混合控制的模式，此时网络中既有IPC，又设置了嵌入式控制模块（如图中虚框），一般情况下，嵌入式控制模块不工作，一旦 IPC死机，该模块马上激活，并使用内部预先写入的监控程序执行RS-485网络上的监控操作，此时需要设计一看门狗程序，IPC端和嵌入式模块均按照一定的程序执行，即可达到预防系统死机的目的。,4.3.2 基于分布式模块的测控系统实例北京某冰场温度自动监测系统设计1.监测系统构成 冰场温度自动监测系统是为实现对两个冰场冰层温度进行本地自动监测而研制开发的自动监测系统。系统由现场上位IPC、分布式模拟输入模块、温度传感器阵列和自动监测软件组成。系统构成见图4.3.3。,图4.3.3 基于分布式模块的冰场温度监测系统,2.监测软件 自动监测系统的主界面见图4.3.4。本系统要求对两个冰场（一个主冰场、一个训练用辅助冰场）的冰层温度实时自动监测，共设置了5个监测点，主冰场设置三个监测点，辅助冰场设置两个监测点，每个监测点在冰层中安置一个温度变送器。,图4.3.4 冰场自动监测系统主界面,主冰场设置的温度变送器为温度变送器13，辅助冰场温度变送器为温度变送器45。变送器13的输出对应连接I-7017A的输入通道ch0ch2，变送器45的输出对应连接I-7017B的输入通道ch0ch1。,
