利用PCM实现智能设备的数据采集

摘要： 提出一种新颖的流量数据采集方案，介绍了基于PCM模块的数据采集系统
关键词： PCM模块；数据采集
系统设计
水闸泵站计算机远程需要实时采集河道的水位、流量、水闸闸门的高度、水泵开启状况以及雨量等水情工况，为调水调度、水闸泵站的控制提供决策依据。河北省引朱济邢引水工程是引朱庄水库的蓄水至邢台市区的钢厂和电厂。一条输水管道自水库尾水池引水，沿河右岸铺设，在调度中心分成四条支路，其中两支通往钢厂，两支通往电厂。为了满足工程的可靠性及自动化管理的要求，该工程采用了计算机进行工程的调度及管理。整个工程设有水库、调度中心、钢厂和电厂四个管理站(见图1)，监视并控制沿线的闸门和阀门状态，监测管道的压力和实时流量。

图1 系统框图
其中水库和调度中心本地的流量数据可以通过总线直接上传到工控机中，而钢厂和电厂由于距离水库和调度中心比较远，当地的实时流量数据不能直接通过总线上传，所以采用了本文所述的流量数据采集方案：先通过总线将数据上传至当地的中，再经光纤以太网与水库和调度中心的工控机通讯。为了准确的反映出现场的实际情况，水库和调度中心要求实时显示出钢厂和电厂流量的瞬时值和累计值，这样水库和调度中心管理站才能根据现场的情况调节闸门和阀门的状态。同时由于钢厂和电厂还需要做到无人值守，所以必须保证设备采集数据的实时性和准确性。
钢厂和电厂两个管理站都配置了GE公司的90-30系列，包括、CPU模块、以太网接口模块、可编程协处理模块。电磁流量计采用的是上海科隆光华仪器有限公司的AQUAFLUX型电磁流量计，钢厂和电厂的流量可以由安装在钢厂和电厂入口处的电磁流量计采集。整个采集系统的关键是将流量计的数据上传至相应的寄存器中，此功能是通过为PLC配置的可编程协处理模块PCM来完成的，PCM模块通过RS-485总线采集电磁流量计的数据，然后通过开发的通讯程序计算出瞬时流量和累计流量，并写入PLC相应的寄存器单元，最后通过以太网接口模块和交换机连接到光纤以太网上，将数据传送到水库和调度中心两个管理站。
系统硬件
GE90-30系列PCM模块
GE Fanuc自动化公司的可编程协处理模块是一个用来执行协处理功能的高性能微型计算机，它集通讯模块(CCM)和/模块(ABM)于一体，具有较大的存储容量和完善的功能。
PCM模块内含一个的微处理器，其板载RAM随机存储器，可选择160、192或640Kbytes三种容量。每个PCM模块占用主CPU框架中的一个槽位，连接后可以使用PLC自身的内存。另外PCM模块内含两个串口、一个与PLC同步的实时时钟、重启动/复位按钮、三个状态指示灯。PCM模块的初始化可由软件进行配置，不需要通过拨码和跳线进行设置。
PCM模块被应用于PLC系统之前，首先要对其进行配置。它可以配置成CCM 、、BAS/CCM、、PCMCFG、PRT，/CCM和CCM/几种模式。本工程需要开发流量计的数据采集和流量计算的程序，又要通过RS-485总线与流量计之间进行通讯，所以需把端口设置成BAS/CCM模式。同时还应配置好端口的主从模式、接口类型、波特率及奇偶校验类型等信息。
将PCM模块的RS-485接口(port2)与电磁流量计的RS-485接口通过屏蔽双绞线互连，接线图如图2所示。

图2 2-Wires RS-485 PCM 连接图
为了在线开发数据采集程序，需要外接一个与兼容的终端显示器，所以将PCM模块的接口(port1)与PC机的串口相连，用Windows系统自带的超级终端(与兼容)进行程序开发。接线图见图3。

图3 PCM与PC机连接图
当端口配置成CCM运行时，CCM端口可以被配置成主、从，或对等通信模式。通过这种设置，可以在PLC和外部设备之间传送数据。对于从或对等模式，一个外部CCM设备(例如工控机)可以通过PCM模块的端口向PLC发送或请求数据。在主或对等模式下，PLC CPU中的应用程序可以启动连接到PCM端口上的CCM设备，实现数据传送。
PCM模块内嵌功能强大的MegaBasic。通过编程可以实现数据的收集、存储、实时计算和操作员界面功能。MegaBasic程序可以使用Windows标准的文本编辑器离线开发，也可以通过连接到PCM编程口上的终端在线开发。MegaBasic解释器也允许在环境下离线开发，但是不支持MegaBasic的扩充版本。
通过以太网接口模块，可以将GE90-30系列PLC连接到以太网上，并完成编程、在线监视、数据采集和点对点通讯等功能。
AQUAFLUX型电磁流量计
本数据采集系统选用的AQUAFLUX流量计适用于污水的流量测量，其采用经济、坚固型设计，防护等级达到了IP67，工作温度可达90℃，工作压力可达40bar/580psig，同时加装了IFC110型信号转换器，转换器上配有RS-485接口。
软件设计
要保证通信的准确可靠，通信双方必须遵守一定的通信协议。本系统中的所有通讯遵循主从方式，由上位机(PCM模块)查询，下位机(电磁流量计)回应相应的数据，其主机查询命令报文格式如表1(皆为十六进制数)：

表1 报文格式

* 第0~4字节为同步字节SYN=16H，同步字节最少为3个，现发送5个

* 第5字节为起始位STX=02H

* 第6字节为设备码位DEV，它的编码是唯一的，对于电磁流量计DEV=91H

* 第7字节为地址位ADR，它可以选0到239中的值，240到255是为特殊用途预留的

* 第8字节为版本位VER，它可以设为任意值

* 第9字节为功能位FCT=18H，18H代表读取测量值

* 第10~11字节为密码位PASSWORD，0000H代表无密码，FFFFH代表有密码

* 第12字节为校验和CS，它是从STX开始，加上整个信息字段，再加上被累加的个数(此处是7个)，然后在对100H 取余，即CS=[(02+91+01+01+18+0+0)+7]MOD100=B4

* 第13字节为结束标记ETX=03H
PCM模块数据采集程序利用循环程序进行通讯采样，接收到的数据经过校验后实时传给PLC的CPU，MegaBasic变量与PLC 的CPU地址建立连接是通过SYSLINK命令实现的，数据写入可用SYSWRITE命令，断开地址连接可用UNLINK命令。具体流程如图4所示。

图4 主程序流程图
结语
本系统利用PCM模块的可编程性实现了流量数据的在线实时采集和计算，使用起来灵活方便，减轻了PLC主CPU的负担。该采集系统已经投入运行一年多，运行状态稳定，通讯效率很高，达到了设计要求。