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台达PLC与DTU无线模块在木工机械上的应用 |
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newmaker |
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摘要：台达 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。为了能远程实时了解设备运行与报警信息，可以让PLC加装GPRS智能无线数传设备( DTU)，实现PLC的远程监控。本方案使用互联网服务器通过无线方式对客户现场木工机械设备上的PLC进行远程控制，不受距离和组网的限制。
关键词： 远程控制；DTU；台达PLC；无线通讯；木工机械；
1 前言
当前我国经济的快速发展和现代化水平的不断提高，木工行业的发展突飞猛进。尤其是近年来作为国民经济支柱行业的房地产迅速崛起，使得人们对于家具的要求越来越高，这就刺激了各种木工行业的快速发展。近十年来，木工加工制造业经历了许多加工控制和自动控制的技术改革。许多应用设备从原始的机械控制开始，逐渐发展到结合机械结构的继电器逻辑控制，但是传统的继电器控制存在控制效率低，抗干扰性差，设备故障率高等问题，随着当前自动化控制技术的发展，已经逐渐为PLC和变频器的控制所代替。随着木工行业的发展，相应的对于木工机械设备的要求越来越高，相应的控制难度也越来越高，控制系统自动化程度要求也愈来愈高，并且对于现场设备的远程控制要求也越来突出，相应的都需要采用针对性的控制方案来实现相应的控制要。
台达机电至今已经能为客户提供PLC控制器、温度控制器、计数器、人机界面、变频驱动器、伺服驱动器、数控系统等一系列产品，可以向客户提供完善可靠的机电一体化解决方案。本文基于台达产品构建了一套先进的木工机械设备远程控制系统，实现了无线方式的远程操控且不受组网及距离的限制，值得业界借鉴并推广。
2 DTU功能特点：
DTU是指数据终端设备（Data Terminal unit）可以理解为下位GPRS发射终端，在进行通信时，传输数据的链路两端肯定存在DTU，在它的作用下对所传信息进行格式转换和数据整理校验。其设备如图1所示。 
图1 远程GPRS DTU 设备
GPRS DTU全称GPRS数据传输单元，在国内目前实际上对它具有更加明确的约定：GPRS DTU是专门用于将串口数据通过GPRS 网络进行传送的GPRS无线设备。
GPRS DTU的四个核心功能：
1）内部集成TCP/IP协议栈
GPRS DTU内部封装了PPP拨号协议以及TCP/IP协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC与无线GPRS MODEM的结合；它具备GPRS拨号上网以及TCP/IP数据通信的功能。
2）提供串口数据双向转换功能
GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动。我们做无线连接时PLC只需要设置好对应串口的波特率相关参数就可以了如：115200、8、0、1。远程只需要按MODBUS协议来访问PLC就可以了。
3）支持自动心跳，保持永久在线
GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线，因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线（当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开）、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。
4）支持参数配置，永久保存
GPRS DTU作为一种通信设备，其应用场合十分广泛。在不同的应用中，数据中心的IP地址及端口号，串口的波特率等都是不同的。因此，GPRS DTU都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内（一般为FLASH或EEPROM等）。一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作。
5）支持用户串口参数设置
不同用户设备的串口参数有所不同，DTU连接用户设备的串口时，要根据用户设备串口的实际参数对DTU端进行相应设置，保证用户设备的正常通信和可靠数据传输。
GPRS DTU的扩展功能：
较为专业的GPRS DTU还提供一些扩展功能，主要包括：支持数据中心域名解析、支持远程参数配置、远程固件升级、支持远程短信/电话唤醒、支持本地串口固件升级、提供短信通道、提供DTU在线、离线电平指示等。
3 系统设计：
系统由GPRS采集终端PLC、GPRS运行网、Internet Server、通信服务器、及企业内部网组成。 GPRS采集终端通过串口或模拟量采集通道，采集各点流量计的瞬时流量与累计流量，保存在内存中。定时向Internet Server发送最新的数据。为减少发送的数据次数，降低运行成本，采集终端具有智能判断功能，在数据不变时（比如无排放流量时GPRS可一小时上报一次，无需频繁上，RTU控制示意图如图2 所示。
图2 RTU远程控制示意图
GPRS按量计费：虽然可以保持永远在线，但不必担心费用问题；因为只有产生通信流量时才计费。她是一种面向使用的计费，计费方式更加科学合理。
高速传输：GPRS最高理论传输速度为171.2kbps，目前使用GPRS可以支持40Kbps左右的传输速率。
本文以上海某品牌无线终端和台达DVP-10SX为例进行说明。该系列产品包括了：GPRS方式，CDMA方式，EDGE方式等产品。这里选择GPRS方式，232通讯口。该系列产品支持本地设置和远程设置。系统配置表如表1所示，系统框架如图3所示。表1 控制系统配置表
 
图3 系统框架
4 系统安装调试流程
测试ZWDTU无线终端需要下列软件：
本地设置软件（zwdtuset.exe）、虚拟串口软件 VSPM.exe、服务器转串口软件 zwsvr2ck.exe、网络调试助手。
安装调试前的准备步骤：
1）将设备的串口和计算机的串口使用串口线连接；
2）运行本地设置软件（zwdtuset.exe ），使用设备的波特率（设备初始波特率115200）
打开设备所连接的串口，如“COM1”等；
4.1 设置模式
进入设置模式如图 4所示：（注意：要上电半分钟之内，打开串口进入设置模式）
图4 设置模式主界面
a 打开串口：点“打开串口”可以看到“串口已打开”
b 进入设置模式：点“进入设置模式”可以看到提示操作成功：
c 基本设置界面如图5所示：
图5 基本设置界面
4.2 SIM 卡安装
取放SIM 卡需要先断电，再进行，以免损坏SIM 卡或者设备。设备上有一个指示灯，提供下列状态信息。
· 熄灭：关机
· 常亮：未注册到GPRS网络，此时电话不通
· 慢闪（亮0.2秒，熄2 秒）：注册到网络，此时电话能通
· 快闪（亮0.2秒，熄0.6 秒）：通信进行中
· 急闪（亮0.1秒，熄0.2 秒）：设备故障
4.3 检查设备是否上线
打开网络调试助手，如图3选择“服务器模式”--填上你设置DUT时写的端口（默认5005）--监听，在发送区写11选择16进制发送，等几秒在接受区能接受到数据说明设备已经上线。如图6所示。
图6 网络调试助手示意
4.4 安装虚拟串口软件 VSPM.exe
新建两个虚拟串口如图：
图7 虚拟串口
串口1编辑—只需要编辑“通用页”注意端口和之前设置对应起来，如图8所示。
图8 编辑串口1
串口18编辑--只需要编辑“通用页”。IP地址和端口对应好，如图9所示。
图9 编辑串口18
设置好后退出，让虚拟串口处于工作状态。
4.5 运行服务器转串口软件 zwsvr2ck.exe
按图7设置好IP、端口号、终端编号一定要是10000000008。启动服务器就好了，启动后会显示在线，如图10所示。
图10 启动服务器
4.6 DVP-10SX设置
主要是把PLC的232编程口波特率数设置和DTU设置的一样115200、8、0、1，都采用RTU模式的modbus.下载程序。
图11 PLC程序
4.7 DVP-10SX通过无线通讯在线监测
PLC和DTU通过232串口线连接，请注意检查接线方式2-3-5，RX-TX交叉对接。
打开PLC编程软件WPLSOFT2.12选择“通讯设置”按图9设置后确定。然后选择在线模式就开始通讯。
PLC编程软件的数据通过虚拟串口发出去，然后服务器转发程序又把虚拟串口的数据转成TCP/IP发出去，DTU接受到数据又转换成232给PLC。因为我们PLC支持标准MODBUS协议，其它组态软件只要支持标准modbus协议就可以直接通过这样的方式来和我们的PLC实现无线通讯。如图12所示。
图12 通讯设置
5 应用情况
台达PLC使用标准modbus协议，能和多种设备相兼容，应用广泛。本案例中，木工设备上使用该方案后，用户可以很方便的实现监控室PC机与现场设备的无线通讯功能，达到了实时监控、远程操作、便捷可靠的目的。
6 结语
根据客户设备技术要求，本木工机械远程控制系统结合台达PLC、DTU等自动化控制产品，为客户开发了一套稳定可靠的远程监控系统，受到了客户和使用单位的充分认可，再次证明中达电通是客户值得信赖的合作伙伴。运行实践表明，系统性能稳定，安全可靠，性价比高，值得业界同行借鉴和推广。
【参考文献】
[1] 台达DVP-PLC应用技术手册，台达内部资料 2007
[2] ZWDTU应用技术手册，内部资料 2007
[3] 《通信原理》，第3版，北京邮电大学出版社2008，周炯盘等编著(end)
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(11/16/2010) |
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