【正文】 可靠性高、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點(diǎn)。但是，本系統(tǒng)中下位機(jī)和上位機(jī)的通信距離一般為幾百米，網(wǎng)絡(luò)為單主節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，即一個(gè)上位機(jī)和一個(gè)或多個(gè)下位機(jī)進(jìn)行通信。RS485串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)及接口技術(shù)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。它的線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制方便，適合于遠(yuǎn)距離(最大1200m),多節(jié)點(diǎn)傳輸，而且組網(wǎng)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，在集中控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，己成為工業(yè)應(yīng)用中遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖走x標(biāo)準(zhǔn)?？梢?，RS485通信在硬件成本和開發(fā)難度方面都比CAN總線具有優(yōu)勢(shì)，因此，該通信方式將是本套系統(tǒng)中最佳選擇。模擬量采集模塊傳送模擬量到控制器也采用RS485總線的形式。RS485總線是一個(gè)串行總線，它的體系結(jié)構(gòu)如圖所示。 RS485主從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)這是一個(gè)主從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)中只有一個(gè)主設(shè)備，其余的均為從設(shè)備，設(shè)備的總數(shù)量最大為256個(gè)。系統(tǒng)的通信過程在主設(shè)備的控制下進(jìn)行。一個(gè)RS485總線驅(qū)動(dòng)器最多可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器，傳輸線最大長(zhǎng)度為1200m，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps。當(dāng)傳輸線超過規(guī)定的長(zhǎng)度時(shí)，或是設(shè)備的數(shù)量超過32個(gè)時(shí)，可以通過線路驅(qū)動(dòng)器延長(zhǎng)線路長(zhǎng)度和增加驅(qū)動(dòng)能力。RS485總線沒有規(guī)定的接插件形式，也沒有規(guī)定傳輸線類型。但在實(shí)際中均采用雙絞線，效果良好。RS485總線采用采用平衡（差分）式信號(hào)傳輸，如圖 RS485信號(hào)傳輸方式差分驅(qū)動(dòng)器和差分接收器采用單一+5VDC供電，邏輯電平規(guī)定為：UaUb200mv，為邏輯1；UaUb200mv，為邏輯0。當(dāng)總線空閑時(shí)，保持邏輯1。RS485總線采用半雙工異步串行通信方式，通信規(guī)程與RS232的相同。當(dāng)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，通信規(guī)程由用戶根據(jù)實(shí)際的情況和需要自行定義。常見的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如表所示。起始符地址數(shù)據(jù)字符1數(shù)據(jù)字符2…數(shù)據(jù)字符N校驗(yàn)符結(jié)束符 RS485總線通信規(guī)程常采用的數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)可見，該數(shù)據(jù)包除了增加了“地址”外，其余的與RS232的相同。由于，RS485總線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸可靠性高，易于與微型計(jì)算機(jī)接口，因此在各種對(duì)實(shí)時(shí)性要求不太高的監(jiān)控系統(tǒng)中、儀器儀表中獲得了廣泛的應(yīng)用。通信協(xié)議采用ModbusRTU通訊協(xié)議。MODBUS協(xié)議詳細(xì)定義了校驗(yàn)碼、數(shù)據(jù)序列等，這些都是特定數(shù)據(jù)交換的必要內(nèi)容。MODBUS協(xié)議在一根通訊線上使用主從應(yīng)答式連接（半雙工），這意味著在一根單獨(dú)的通訊線上信號(hào)沿著相反的兩個(gè)方向傳輸。首先，主計(jì)算機(jī)的信號(hào)尋址到一臺(tái)唯一的終端設(shè)備（從機(jī)），然后，終端設(shè)備發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)以相反的方向傳輸給主機(jī)。MODBUS協(xié)議只允許在主機(jī)（PC，PLC等）和終端設(shè)備之間通訊，而不允許獨(dú)立的終端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，這樣各終端設(shè)備不會(huì)在它們初始化時(shí)占據(jù)通訊線路，而僅限于響應(yīng)到達(dá)本機(jī)的查詢信號(hào)。查詢：查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。例如功能代碼03H是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法?；貞?yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：如寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。傳輸方式：傳輸方式是指一個(gè)數(shù)據(jù)幀內(nèi)一系列獨(dú)立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及用于傳輸數(shù)據(jù)的有限規(guī)則，下面定義了與MODBUS 協(xié)議RTU方式相兼容的傳輸方式。每個(gè)字節(jié)的位：1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位（最小的有效位先發(fā)送）、無奇偶校驗(yàn)位、1個(gè)停止位、錯(cuò)誤檢測(cè)(Error checking)：CRC（循環(huán)冗余校驗(yàn)）。協(xié)議：當(dāng)數(shù)據(jù)幀到達(dá)終端設(shè)備時(shí)，它通過一個(gè)簡(jiǎn)單的“端口”進(jìn)入被尋址到的設(shè)備，該設(shè)備去掉數(shù)據(jù)幀的“信封”（數(shù)據(jù)頭），讀取數(shù)據(jù)，如果沒有錯(cuò)誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請(qǐng)求的任務(wù)，然后，它將自己生成的數(shù)據(jù)加入到取得的“信封”中，把數(shù)據(jù)幀返回給發(fā)送者。返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)中包含了以下內(nèi)容：終端從機(jī)地址(Address)、被執(zhí)行了的命令(Function)、執(zhí)行命令生成的被請(qǐng)求數(shù)據(jù)(Data)和一個(gè)校驗(yàn)碼(Check)。發(fā)生任何錯(cuò)誤都不會(huì)有成功的響應(yīng)，或者返回一個(gè)錯(cuò)誤指示幀。地址（Address）域：地址域在幀的開始部分，由一個(gè)字節(jié)（8位二進(jìn)制碼）組成，十進(jìn)制為0～255，在我們的系統(tǒng)中只使用1～247,其它地址保留。這些位標(biāo)明了用戶指定的終端設(shè)備的地址，該設(shè)備將接收來自與之相連的主機(jī)數(shù)據(jù)。每個(gè)終端設(shè)備的地址必須是唯一的，僅僅被尋址到的終端會(huì)響應(yīng)包含了該地址的查詢。當(dāng)終端發(fā)送回一個(gè)響應(yīng)，響應(yīng)中的從機(jī)地址數(shù)據(jù)便告訴了主機(jī)哪臺(tái)終端正與之進(jìn)行通信。功能域：功能域代碼告訴了被尋址到的終端執(zhí)行何種功能。下表列出了該系列儀表用到的功能碼，以及它們的意義和功能。代碼意義行為03讀數(shù)據(jù)寄存器獲得一個(gè)或多個(gè)寄存器的當(dāng)前二進(jìn)制值 16預(yù)置多寄存器設(shè)定二進(jìn)制值到一系列多寄存器中(不對(duì)ACRXXXE開放) 功能域代碼的意義數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域包含了終端執(zhí)行特定功能所需要的數(shù)據(jù)或者終端響應(yīng)查詢時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容可能是數(shù)值、參考地址或者設(shè)置值。例如：功能域碼告訴終端讀取一個(gè)寄存器，數(shù)據(jù)域則需要指明從哪個(gè)寄存器開始及讀取多少個(gè)數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌的地址和數(shù)據(jù)依照類型和從機(jī)之間的不同內(nèi)容而有所不同。錯(cuò)誤校驗(yàn)域：該域允許主機(jī)和終端檢查傳輸過程中的錯(cuò)誤。有時(shí)，由于電噪聲和其它干擾，一組數(shù)據(jù)在從一個(gè)設(shè)備傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備時(shí)在線路上可能會(huì)發(fā)生一些改變，出錯(cuò)校驗(yàn)?zāi)軌虮ＷC主機(jī)或者終端不去響應(yīng)那些傳輸過程中發(fā)生了改變的數(shù)據(jù)，這就提高了系統(tǒng)的安全性和效率，錯(cuò)誤校驗(yàn)使用了16位循環(huán)冗余的方法（CRC16）。錯(cuò)誤檢測(cè)的方法：錯(cuò)誤校驗(yàn)（CRC）域占用兩個(gè)字節(jié)，包含了一個(gè)16位的二進(jìn)制值。CRC值由傳輸設(shè)備計(jì)算出來，然后附加到數(shù)據(jù)幀上，接收設(shè)備在接收數(shù)據(jù)時(shí)重新計(jì)算CRC值，然后與接收到的CRC域中的值進(jìn)行比較，如果這兩個(gè)值不相等，就發(fā)生了錯(cuò)誤。CRC運(yùn)算時(shí)，首先將一個(gè)16位的寄存器預(yù)置為全1，然后連續(xù)把數(shù)據(jù)幀中的每個(gè)字節(jié)中的8位與該寄存器的當(dāng)前值進(jìn)行運(yùn)算，僅僅每個(gè)字節(jié)的8個(gè)數(shù)據(jù)位參與生成CRC，起始位和終止位以及可能使用的奇偶位都不影響CRC。在生成CRC時(shí)，每個(gè)字節(jié)的8位與寄存器中的內(nèi)容進(jìn)行異或，然后將結(jié)果向低位移位，高位則用“0”補(bǔ)充，最低位（LSB）移出并檢測(cè)，如果是1，該寄存器就與一個(gè)預(yù)設(shè)的固定值（0A001H）進(jìn)行一次異或運(yùn)算，如果最低位為0，不作任何處理。上述處理重復(fù)進(jìn)行，直到執(zhí)行完了8次移位操作，當(dāng)最后一位（第8位）移完以后，下一個(gè)8位字節(jié)與寄存器的當(dāng)前值進(jìn)行異或運(yùn)算，同樣進(jìn)行上述的另一個(gè)8次移位異或操作，當(dāng)數(shù)據(jù)幀中的所有字節(jié)都作了處理，生成的最終值就是CRC值。生成一個(gè)CRC的流程為：（全1），稱之為CRC寄存器。，結(jié)果存回CRC寄存器。，最高位填以0，最低位移出并檢測(cè)。：重復(fù)第三步（下一次移位）；如果最低位為1：將CRC寄存器與一個(gè)預(yù)設(shè)的固定值（0A001H）進(jìn)行異或運(yùn)算。這樣處理完了一個(gè)完整的八位。，直到所有的字節(jié)處理結(jié)束。此外還有一種利用預(yù)設(shè)的表格計(jì)算CRC的方法，它的主要特點(diǎn)是計(jì)算速度快，但是表格需要較大的存儲(chǔ)空間。通訊應(yīng)用格式詳解：所舉實(shí)例將使用如圖所示的格式（數(shù)字為16進(jìn)制）。AddrFunData start reg hiData start reg loData of regs hiData of regs loCRC16 loCRC16hi01H03H00H00H00H03H05HCBH 通訊應(yīng)用格式形式Addr：從機(jī)地址Fun：功能碼Data start reg hi：數(shù)據(jù)起始地址 寄存器高字節(jié)Data start reg lo：數(shù)據(jù)起始地址 寄存器低字節(jié)Data of reg hi：數(shù)據(jù)讀取個(gè)數(shù) 寄存器高字節(jié)Data of reg lo：數(shù)據(jù)讀取個(gè)數(shù) 寄存器低字節(jié)CRC16 Hi: 循環(huán)冗余校驗(yàn) 高字節(jié)CRC16 Lo: 循環(huán)冗余校驗(yàn) 低字節(jié)下位機(jī)要求對(duì)各傳感器進(jìn)行模擬量的采集，可以脫離上位機(jī)進(jìn)行獨(dú)立的顯示和報(bào)警?？刂破髂軌虿杉瘮?shù)據(jù)并就地顯示。就地顯示可以分為兩種：發(fā)光二極管顯示（LED）和液晶顯示器（LCD）。LED顯示與LCD顯示相比，LED在亮度、可視角度和刷新速率等方面，都更具優(yōu)勢(shì)。但是，在本系統(tǒng)中顯示數(shù)據(jù)量較大，若是使用LED來顯示，硬件電路會(huì)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，系統(tǒng)的功耗也會(huì)很大，而且顯示的數(shù)據(jù)觀看起來不直觀，不容易辨認(rèn)數(shù)據(jù)所代表的含義。然而，液晶顯示器作為現(xiàn)代高新技術(shù)產(chǎn)品，它體積小、功耗低、無輻射、壽命長(zhǎng)、超薄、防振、防爆，能夠提供可視的人機(jī)對(duì)話界面，具有LED顯示器、CRT顯示器所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中選用了液晶顯示器，與大多數(shù)的發(fā)光二極管相比，雖然其價(jià)格稍高，但是顯示的效果良好，而且作為智能顯示器的一項(xiàng)最突出特點(diǎn)，避免了煩瑣的點(diǎn)陣操作。下位機(jī)應(yīng)當(dāng)具有簡(jiǎn)單的人機(jī)界面編輯功能，將數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)就地顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能集為一身。下位機(jī)還應(yīng)當(dāng)能夠控制輸出，提供報(bào)警、控制保護(hù)的功能。該系統(tǒng)控制器選用HONER公司的一體化控制器OCS，其顯示界面為： 下位機(jī)顯示界面該下位機(jī)還具有聲音燈光的報(bào)警功能，控制器的編程簡(jiǎn)單，適用于工廠的簡(jiǎn)單顯示和控制。該系統(tǒng)的上位機(jī)為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，要求程序操作靈活，人機(jī)界面友好，數(shù)據(jù)通信可靠。與系統(tǒng)下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，由于下位機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和聲光報(bào)警功能。所以下位機(jī)可以采用的軟件用于存儲(chǔ)下位機(jī)的歷史數(shù)據(jù)文件即可。通過以上的分析我們采用HORNER公司遠(yuǎn)程文件傳輸軟件 Cscape Envision FX文件傳輸軟件。其可以輕松實(shí)現(xiàn)PC與OCS之間的文件傳輸。Envision FX是基于WINDOWS的應(yīng)用軟件，它使您方便地實(shí)現(xiàn)在PC與XL﹑NX和QX系列OCS之間的文件傳輸。該軟件采用CsCAN協(xié)議傳輸文件，為您提供了多種靈活的通訊方式選擇，主要包括：以太網(wǎng)﹑串口﹑無線網(wǎng)﹑MODEM等。通過CsCAN網(wǎng)絡(luò)您可以方便地連接Envision FX 網(wǎng)絡(luò)上任一臺(tái)OCS設(shè)備上，雙向存取文件。Envision FX軟件的特點(diǎn)： 1. 可在PC與OCS間自由存取文件。2. 對(duì)本地或遠(yuǎn)程文件進(jìn)行復(fù)制﹑移動(dòng)或重命名等操作。 3. 在不同窗口之間使用工具條中的拖拽功能方便操作。 4. 可同時(shí)定義一組控制器，實(shí)現(xiàn)快速多組文件傳輸。5. 高級(jí)腳本功能支持批處理或自動(dòng)文件傳輸功能。可傳送配方數(shù)據(jù)﹑歷史記錄﹑屏幕抓圖或其它數(shù)據(jù)。3 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖所示： 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖下位機(jī)是獨(dú)立于上位機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、在線顯示、聲光報(bào)警的功能，是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心。下位機(jī)的核心為一體化控制器。該控制器集微處理器、顯示器、報(bào)警電路于一體。外圍配備有傳感器信號(hào)采集模塊、保護(hù)輸出電路和供電回路。 上位機(jī)由計(jì)算機(jī)和通信接口組成，計(jì)算機(jī)利用專門的系統(tǒng)檢測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的修改和存儲(chǔ)，通信接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，完成RS485和RS232數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。上位機(jī)可以放置在煤礦調(diào)度室和辦公室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)和控制。 系統(tǒng)的工作原理首先，下位機(jī)系統(tǒng)通過各類傳感器將被測(cè)的物理量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)能夠接受的電信號(hào)。盤行閘的動(dòng)態(tài)工作閘間隙通過位移傳感器把間隙值轉(zhuǎn)化為0～20MA的電流信號(hào)，盤行閘的貼閘油壓是通過油壓傳感器轉(zhuǎn)化為4～20mA的電流信號(hào)，壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)。以上這三種傳感器的輸出電壓或是電流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，傳輸?shù)侥M量采集模塊。模擬量采集模塊采集傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485的傳輸方式傳輸?shù)娇刂破髦?。控制器接收RS485傳輸來的數(shù)字量，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、比較和存儲(chǔ)后，在自身帶有的顯示器上進(jìn)行顯示。如果采集到的數(shù)據(jù)值超出規(guī)定上下限值時(shí)，控制器就會(huì)觸發(fā)聲光報(bào)警電路，以提醒工作人員采取相應(yīng)的措施或是觸發(fā)自動(dòng)保護(hù)程序，起到自動(dòng)報(bào)警保護(hù)的功能。上位機(jī)定時(shí)接收下位機(jī)傳送的傳感器歷史數(shù)據(jù)，可以存儲(chǔ)該數(shù)據(jù)。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)提升機(jī)運(yùn)行的性能進(jìn)行集中監(jiān)控。4 系統(tǒng)下位機(jī)的硬件電路本系統(tǒng)下位機(jī)主要完成傳感器信號(hào)的采集、處理、現(xiàn)場(chǎng)顯示、報(bào)警以及與上位機(jī)通信等功能。與其功能相對(duì)應(yīng)，下位機(jī)的硬件組成主要包括以下幾部分:傳感器測(cè)量電路，模擬量采集傳輸電路，控制器，上位機(jī)通信電路，電源電路。 傳感器測(cè)量電路 傳感器測(cè)量電路是對(duì)反映盤行閘工作性能的參量的直接測(cè)量，它給系統(tǒng)提供了被檢測(cè)對(duì)象的原始信息，因此傳感器的參數(shù)顯得尤為重要，它直接反映了系統(tǒng)的性能和精確度。以下對(duì)用到的傳感器的性能特點(diǎn)和工作原理進(jìn)行介紹。 位移傳感器測(cè)量電路工作原理本系統(tǒng)選用的是霍爾線性位移傳感器。固體材料中的載流子在外加磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍋銎澚Φ淖饔枚管壽E發(fā)生偏移，并在材料兩側(cè)產(chǎn)生電荷積累，形成垂直于電流方向的電場(chǎng)，最終使載流子受到的洛侖茲力與電場(chǎng)斥力相平衡，從而在兩側(cè)建立起一個(gè)穩(wěn)定的電勢(shì)差即霍爾電壓。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器?；魻栯娢徊畹幕娟P(guān)系為 （） （金屬） （） 式中 ——霍爾系數(shù)； n——載流子濃度或自由電子