基于公用電話網(wǎng)的閥門(mén)控制遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

王道順，李芍君

(大連交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)

0 引言

在閥門(mén)智能控制系統(tǒng)中，要選擇閥門(mén)的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)形式，控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作方向，顯示閥門(mén)的開(kāi)度變化，并在閥門(mén)達(dá)到全開(kāi)、全關(guān)極限，驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)扭矩、過(guò)熱的情況下報(bào)警等等，需要設(shè)置的參數(shù)很多.而用戶很可能因?yàn)槟巢糠值膮?shù)設(shè)置不當(dāng)，造成整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行.這種情況下遠(yuǎn)程診斷技術(shù)為我們提供了解決問(wèn)題的有效手段.遠(yuǎn)程診斷就是利用網(wǎng)絡(luò)，將遠(yuǎn)程的用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與本地的監(jiān)控設(shè)備相連接，本地技術(shù)人員通過(guò)遠(yuǎn)程診斷軟件，采集用戶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的設(shè)置參數(shù)，并進(jìn)行診斷.發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，進(jìn)行參數(shù)的修改或重新設(shè)置，再傳輸至用戶現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備中，或通知用戶檢查相關(guān)的硬件接線等，以此來(lái)完成設(shè)備的維護(hù).這樣在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)信息交流而不是人員交流來(lái)解決問(wèn)題，就大大減少了時(shí)間、資金、人力資源上的開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)也提高了工作效率.

目前，公用電話網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畛墒?、最便利、最廉價(jià)的方式之一，無(wú)需大規(guī)模布線，能夠提供多種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)［1］;而且電話通信已進(jìn)入程控交換時(shí)代，技術(shù)比較先進(jìn)，速度快，容量大，在保證數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確性的同時(shí)也能保證傳輸速度.

1 系統(tǒng)概述

我國(guó)的公用電話網(wǎng)采用的是FSK(頻移鍵控)制式［2］，電話線上傳輸?shù)氖且纛l信號(hào)，而單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，需要通過(guò)調(diào)制解調(diào)器來(lái)完成數(shù)字信號(hào)和音頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換.雙方通信開(kāi)始之前，主機(jī)發(fā)出撥號(hào)命令，經(jīng)MODEM處理后送到電話線上，向端局發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求與下位機(jī)連接.端局檢測(cè)下位機(jī)狀態(tài)，若為空閑給下位機(jī)振鈴信號(hào)，雙方電話線聯(lián)通，完成握手協(xié)議后即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸.系統(tǒng)模型如圖1所示.

圖1 通信系統(tǒng)模型

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的閥門(mén)控制診斷系統(tǒng)不光可以遠(yuǎn)程診斷，還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備的維修.在遠(yuǎn)程診斷部分，主機(jī)為計(jì)算機(jī)，通過(guò)RS232與調(diào)制解調(diào)器相連，經(jīng)由電話網(wǎng)連通下位機(jī);在現(xiàn)場(chǎng)診斷部分，主機(jī)接RS232經(jīng)過(guò)232/485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為RS485，再由485轉(zhuǎn)化為可以與單片機(jī)連通的串口線，與單片機(jī)連接.硬件連接圖見(jiàn)圖2所示.

圖2 診斷系統(tǒng)硬件連接圖

2.1 單片機(jī)系統(tǒng)

本系統(tǒng)單片機(jī)采用AVR系列Mega16單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大，內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器、EEPROM、模擬比較器、PWM定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能;AVR單片機(jī)的I/O接口具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，灌入電流可直接驅(qū)動(dòng)繼電器、LED等元件，從而省去驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)約了系統(tǒng)成本［3］.

2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)要求，系統(tǒng)前端配置多路傳感器以探測(cè)閥門(mén)狀態(tài)信號(hào)，采集的模擬量均為變送器輸出的4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，采用電阻將傳感器采回的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)供單片機(jī)采集.

由于本系統(tǒng)所需要檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)很多，Mega16單片機(jī)自帶的8路模擬開(kāi)關(guān)無(wú)法滿足要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用4片模擬選擇開(kāi)關(guān)芯片CD4051開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)多達(dá)32路模擬信號(hào)的輸入，CD4051管腳圖見(jiàn)圖3所示.

圖3 CD4051管腳圖

其中0～7為經(jīng)處理后送入的電壓信號(hào)，6號(hào)管腳作為片選信號(hào)與Mage16的PB0相連，3號(hào)管腳作為輸出信號(hào)與Mega16的PC0相連.

2.3 電平轉(zhuǎn)換電路

在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)使用的是TTL電平，而MODEM端使用的是RS－232電平，兩邊使用了不同的電平機(jī)制，因此通信時(shí)，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換.MAX232帶有兩組轉(zhuǎn)換電路，即可以同時(shí)把兩個(gè)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，也可把兩個(gè)RS232電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平，所以只使用一個(gè)MAX232 就可以完成雙工通信了［4］.MAX232 電平轉(zhuǎn)換應(yīng)用電路見(jiàn)圖4所示.

圖4 MAX232應(yīng)用電路圖

2.4 遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)

遠(yuǎn)程診斷的范圍很廣:①軟件參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，所有參數(shù)都可遠(yuǎn)程更改;②對(duì)閥門(mén)控制系統(tǒng)中的各參數(shù)可單獨(dú)控制，以確定是否為設(shè)備故障.以驅(qū)動(dòng)電機(jī)過(guò)扭矩為例，當(dāng)遠(yuǎn)程診斷出是驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，上位機(jī)就要向Mega16發(fā)送相應(yīng)指令，Mega16根據(jù)接收到的指令來(lái)確認(rèn)與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的單片機(jī)管腳狀態(tài)，完成對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)扭矩的調(diào)整，從而恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最大程度的減少停機(jī)時(shí)間.

2.5 現(xiàn)場(chǎng)診斷系統(tǒng)

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中增加了現(xiàn)場(chǎng)診斷系統(tǒng)，使整個(gè)系統(tǒng)更加完善，不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，而且還可以根據(jù)用戶需要現(xiàn)場(chǎng)更改軟件參數(shù)或診斷設(shè)備故障，大大提高了系統(tǒng)的通用性.現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)經(jīng)由RS485傳送，在上位機(jī)接受端，利用RS485/232轉(zhuǎn)換接口，將其變成 RS232信號(hào)供上位機(jī)使用［5］.RS485與上位機(jī)的接口電路如圖5所示.

圖5 RS485與上位機(jī)接口電路

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)部分

上位計(jì)算機(jī)的控制軟件部分利用Visual Basic軟件開(kāi)發(fā)完成，VB界面友好，簡(jiǎn)單易用，功能強(qiáng)大，實(shí)用性強(qiáng)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用［6］.VB軟件提供數(shù)據(jù)串口通信控件MSCOMM，利用該控件提供的屬性設(shè)置，查詢和OnComm事件觸發(fā)功能，可以開(kāi)發(fā)出各種通信程序.在VB中利用AT命令來(lái)對(duì)MODEM進(jìn)行操作很簡(jiǎn)便［7-8］，例如撥號(hào)上位機(jī)只需要以下程序即可完成:

其中Number是要撥打的電話號(hào)碼.

閥門(mén)控制遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)上位機(jī)界面圖6所示.

圖6 閥門(mén)控制遠(yuǎn)程診斷軟件界面

本軟件啟動(dòng)時(shí)，可以接收到下位機(jī)采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并在顯示參數(shù)區(qū)顯示出來(lái)由技術(shù)人員分析判斷是哪部分參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，并將判斷結(jié)果通過(guò)相應(yīng)指令傳達(dá)給下位機(jī)，控制下位機(jī)動(dòng)作，以完成設(shè)備的維護(hù).

3.2 下位機(jī)部分

下位機(jī)程序需要完成兩個(gè)功能，一是把現(xiàn)場(chǎng)接受到的數(shù)據(jù)串行發(fā)送到主機(jī);另一個(gè)是并行接受工作現(xiàn)場(chǎng)的模擬數(shù)據(jù)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化后變?yōu)榭蔀閱纹瑱C(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào).本文中給出這兩個(gè)過(guò)程的主要流程圖7，圖8所示.

圖7 下位機(jī)串行發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖

圖8 下位機(jī)并行接受數(shù)據(jù)流程圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，只要不是設(shè)備本身出現(xiàn)了必需返廠維修的硬件故障，出現(xiàn)問(wèn)題后幾乎都能得到有效的解決.僅差旅費(fèi)一項(xiàng)，就為企業(yè)節(jié)約了大量資金.當(dāng)然，同時(shí)在時(shí)間、人力資源上都有很大的節(jié)約.由于為用戶提供了方便快捷的售后服務(wù)，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益.該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于實(shí)際，并經(jīng)實(shí)踐證明，是一項(xiàng)十分實(shí)用的技術(shù).

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