基于P LC的闸门开度测量方法及实现

中文核心期刊 《微计算机信息》(测控自动化)2004年第 2O卷第 11期 基于P LC的闸门开度测量方法及实现 Measuring Method of Gate Opening based on PLC 摘 要 ：介 绍 了绝 对值 型 旋 转编 码 器通 过 PLC将 格 雷码 转换 成 二 进 制 码 ．实 现 闸 门 开 度 测 量 的 方 法 。 关 键词 ：格 雷码 ；二 进 制码 ；旋转 编 码 器 ；PLC；闸 门开 度 中图分 类 号 ：TP273 文 献标 志 码 ：B 文 章编 号 ：1008—0570(2004)011-0033-02 Abstract：In this paper，The Grey code of absolute rotary en— coder convening to Binary code by PLC is introduced，which realize measuring gate opening． Keywords：Grey；Binary；Rotary Encoder；PLC ；Gate opening 1引言 闸门作为水利枢纽的关键设备之 一，闸门开度测量的精确 性和闸门控制的m靠性直接影响水利闸站等设施的运行和安 全。闸门开度的测量和控制是系统的重要组成部分 可编程控制器 (PLC)作为工业 自动化的三大技术支柱之 一 。因其可靠性高，技术成熟，在许多行业中都得到了非常广泛的 应用．包括在水利行业复杂或简单的泵站、闸门监控系统中应用。 采用绝对值型旋转编码器与增量型旋转编码器相比，具有 掉电后再来电时不影响开度或位移检测的可靠性等优点而在 【 业随动位置控制系统、位移检测、水利等行业中的开度检测等方 面有着广泛的应用 而绝对值型旋转编码器的编码又以格雷码 居多．此种编码的特点是：相邻的两个码组之间仅有 一 位不同， 当旋转编码器转过 一微小的角度时．格雷码仅改变一位，避免了 电子学中的“竞争—— 冒险”现象的出现．这样与其他编码同时 改变两位或多位的情况相比更为可靠，减少了出错的可能性，常 用于模拟量的转换中。其缺点是不直观 ，不能直接参与运算，需 通过逻辑电路或逻辑运算转换为二进制数 2被控对象基本情况 江苏省姜堰市水利局闸门远程监控系统的基本情况如下 ： 黄村闸有三孔平板闸门．三水闸为一孔平板闸门，两地分别距离 市水利局约 3km．采用计算机 自动化控制系统实现对上述异地 闸门的远方自动控制及水情视频监控。其中系统关于闸门的基 本功能要求如下： 实现闸门开度的自动检测，闸门的提升 、降落和停止的手 动、自动控制。在此基础上实现闸门开度的设定、提落停监控 ．并 根据闸门流量模型计算过闸流量等 3闸门开度测量方法 在江苏姜堰市水利局三水闸、黄村闸的自动控制系统中基 本配置如下： JZB型接 触式 轴角 编码 器 ．OMRON 40点 PLC型 号为 CPM1A-40CDR．．1：控 机等 我们采用 JZB型接触式轴角编码器作为闸门开度的检测元 江 丽莉 ：助 理 实验 师 (扬州大学)江丽莉 束长宝 蒋步军 Jiang，Lili Shu，Changbao Jiang，Bujun 件，其主要性能指标如下 ： 输出码数：2"=-256(N=8) 分辨率：4-1cm 信号输出方式：8位格雷码(循环码) 丁作电压：DC一24V 工作环境：一35℃～+45℃：相对湿度≤95％ 安装方式：轴伸水平 通过格雷码与二进制码之间的对照 ，n位格雷码与 n位二 进制码之间存在如下的运算关系： Bin"=Grey (1-1) 即第 n位格雷码与第 n位二进制码转换后相同 (第 n位为 最 高位 )： Bin =Grey 0 Bin"=Grey ·Bin"+Grey I．Bin (1-2) 即第 n一1位二进制码由第 n一1位格雷码和第 n位二进制码 进行异或运算得到：其它低位格雷码与二进制码的运算关系与 此相同 由于可编程序控制器(PLC)的主要功能之一是逻辑控制 ， 将绝对值型的旋转编码器的输出信号接入 PLC的开关量输入 (DI)端 ，旋转编码 器的 DC一24V工作 电源可 以由 OMRON CPM1A一40CDR主机提供 ，根据式(1—1)、式(1—2)通过 OMRON 可编程序控制器的编程调试支持软件 Cx—Programmer可以方便 地编写出如图 1-1所示的实现逻辑转换运算的梯形图程序。梯 形图中带 ，的表示常闭接点(反变量)．不带 ，的表示常开接点 (原变量)。 ll V 0． 06 201 ． ．07 201 ，、 ．06 lI 1 V 0．06 201．071 — — — — — — 卜— 0． ． 0 。 5 2o , 1 06 20 1．05 II ’ 1 V 0．05 201．O6I — — — — — — 卜_J 0． ．． 04 20 1 05 20 ，、 1．04 0． ．．03 201 04 201 ．03 II 。 ● V 0．03 20[．04l — — — — — — — 0． ． 0 ． 2 2Ol 03 201 ．02 lI l V 0．02 201．03l — — — — 卜一 0． ． 0 。 1 201；02 201 一 ．01 0． ．． 00 201 ； 01 201 一 ．00 II ’ I V 0，00 201 ．01 J — — — ^—— 图1-1实现逻辑运算转换的梯形图程序 在该程序中．旋转编码器的 8位 Grey码的输出信号由高位 到低位分别接至输入端子 0．07～0．00，分别占用内部(见第 61页) 中国自控网：http：／／www．autocontro1．com．cn 一 32— 12O元 ／年 邮局订阅号：82．946 电话 维普资讯 http://www.cqvip.com 数采与监测 单片机 的 1：作流拌为 ： 厂．．接收指令— + 控制开父矩阵——'加激励源 参数测量 ——’ 发送数捌 当需耍远挫敞障诊断支持时，由前端计算机通过调制解调 器拨 号 网和远稃敞障诊断中心建、 连接．实现远程数 的通 信 4远程数据通讯的实现 当导弹测试部队遇到疑难敝障时，由前端计算机向远 诊 断叶I心呼叫建立连接 ．由远 故障诊断中心通过前端计算机的 串行门直接访l 智能数 采集 ，进行远 数据的采集．数 通 过网络传回诊断中心，远稃诊断中心的专家和智能诊断系统进 行远程的在线诊断 4．1远距 离数据 通讯 实现远程故障诊断的关键什技术之 是远距离数据通讯． 包括系统互联的形式、剐络拓扑结构、通讯数据的组织、MODEM 技术的应用等 系列技术问题。我们选择远程故障诊断叶t心为 中心的星 结构作为系统的网络拓扑结卡勾．远程故障诊断中心 中央控制机和现场计算机之间采用_级串联式管理模式．根据 故障诊断所需信 号的时间顺序，采用时间分段的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 信道访 d 方式。该系统以公用电话刚作为通讯媒介．由于电话线的频带较 窄，不能直接传送计算机的数字信 号，必须将信息带宽压缩 存 发送端，使用 MODEM调制器将数字信号转换为模拟信 号，以调 制载波的信号方式存电话线 }：传递，存接收端通过 MODEM 调器将信号还原为数字信号，冉进行计算机的数据处理J=作 [★】 而，实现通讯的关键部什为 MODEM调制解调器 本系统 MO— DEM板采用高集成度的串n控制 MODEM器件．1一作于抗十扰 能力较强的相移键控(PSK)方式，使用 HAYES—AT命令集．远 诊断中心对各现场导弹测试设备的定时数据采集，通过定时时 钟控制方式进行。该系统设冒有高精度实时控制时钟系统 远程 诊断中心的全部探作处理(H日数据定时采集 、数据通讯 延时记 录 等 )均依据 一个 精确的 拧时钟进行 。远程诊断 中心每隔一 定 时间必须与现场智能数据采集卡校对 一次时 ．以确保今系统 的时钟同步。 远程诊断中心的多任务分时调度主控程序负责响应前端计 算机的呼叫，建立连接，进行通讯时问的划分及分配．控制前端 智能数据采集卡给插什加诊断所需的激励信号，组织现场智能 数据采集卡采集各类数据．并将采集的数据交给诊断模块进行 故障诊断，充成诊断后断开连接。这种管理方式的特点是充分利 用公用电话线路作为通讯媒介．节省大量资金．使用方便 由 于传输线路信息拥挤而影响传输速度 ．有时会产生通讯堵塞问 题，因而仅适用干中小 远程故障诊断的数据采集系统 、 4．2通讯保护和抗= 扰措施 为提高远程数据通讯的可靠性，系统采取了一系列通 讯保 护和抗干扰措施 (1)采用定时解锁法解决通讯堵塞问题 系统中设计了单．仃 务延时记录器等程序，当一次通讯过程被启动时，远程故障诊断 中心及现场计算机分别启动各 自的通讯保护模块．在传送数据 的同时启动单任务延时记录器定时．正常通讯只需几十秒时间 即町完成，当通讯完成 ，芙闭延时记录器，一次上【=常通讯结束 若由于某种原因使通讯 能正常进行而出现锁机时．定时到，进 入通讯保护程序，强制性地将主程序地址压入 Pc值．使系统从 死锁的通讯程序中跳出，避免因某个现场机的通讯故障而影响 全系统的正常运行，有效防止了通讯死锁现象 (2)采用奇偶校验泫保证串行通汛数据的准确性。现将所需 传输的数据码元分组，并且每 组后面附加一检验位．使得该组 数据连同检验位在内的 叶J⋯1’的个数为偶数(偶较验)或奇数 (奇较验 )存接收端 ，则按照同样的规则检查，如果发现不符．就 说明有差错 通知发送方重新发送数据，直至接收正确为止。 5总结 远程诊断系统的前端是远羊旱故障诊断系统重要组成部分 远柙故障诊断的精度 耍取决j一前端智能数据采集卡的传感器 和 A／D转换精度 、软件运算的精度以及全系统远距离数据通讯 的纠错及校验功能 本系统在硬件 L采 AT89C52单片机为核心 设计的智能数据采集卡；在软件编写中增加了开机自检程序．数 采集采以了中间值滤波、误差修JF补偿和多字节浮点运算等 措施；在通 讯中采用了电话 络 MODEM技术及采用奇偶校验 法 、定时斛锁等措施，大大提高了全系统的诊断精度和抗干扰能 力，为实现远程故障诊断奠定了基础 参考文献： 1]张 宁，刘攻，一种远程数据采集系统，计算机与应用化学．1999 [2]隋红建，吴璇，计算机网络与通信 E京大学出版社．2003 作 者 简 介 ：徐 百荣 ，男，(1952一)，汉 ，教授 ，硕 士生 导师 ．主要 从 导弹设 计 J测试 方嘶的研究 Author：Xu，Bai-rong，man，(1952一)，the Han nationality，professor． master，engaged in designing and testing of the missile． (221006 江苏徐 州空军后勤学 院航空弹药 系)徐 百荣 赵驳 强 焦 文峰 冯 新 (Air Force Logistic College，Xuzhou 221006 china)Xu， Bairong Zhao，Boqiang Jiao，Wenfeng，Feng，Xin (收稿 日期：2004．5．1 61 (接第 32贞)继电器区(IR)的0通道的第 7位至第 0位 ．转换后 的 Binary= 进制码由高位到低位分别存放在编号为201的内部 辅助继 电器 的第 7位 到第 0位 中．由此 可通过 PLC的开关量输 入以及 PLC的内部继电器接点的串并联实现由格雷码向二进 制码的转换。在此基础上可进一步通过上位机读取 PLC内部辅 助继电器的 进制数值并转换成十进制 示闸门开度等 4结束语 丌度的测量为实时观察闸f J开度、闸门开度控制以及 科{关运行数据的远传提供了必要的基础 该方法尽管占用了多 个丌关最输入点 (具体点数与旋转编码器的输出数据位数相 同)，但由J 目前的PLC开关量输入输出点数的价格较便宜．约 40 Jill点，且 PLC本身有通讯接口．并可进一步实现与上何监控 计算机或远桴监控计算机的通信．与其它实现方法相比具有很 高的可靠性 、较好的性价比、较强的可操作性和实用性 此基于 PLC的闸1'7升度测量方法在江苏姜堰市水利局三水闸、黄村闸 的自动控制系统中已成功运用，且安全可靠运行两年，受到了用 户的肯定。 参考文献： [1】张东宁等．格雷码式旋转编码器在位移检}!I!『I中的应用．组合机床与自 动化加_I 技术．1999(3)36—37． 【2悚 长宝等．基于分布式控制系统的闸门开度测控实现与研究．微计算 机信息，2002(8)13—14． 作者简介：江丽莉，女，1976年 3月出生，汉族 ，助理实验师 ，计 算机应用专业，大专 ，主要从事电工电子实验技术工作。电话： 05 1 4—7978352．Email：ele@yzu．edu．cn l225009 江苏扬 州 扬 州大学信 息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学 院 )江丽莉 束长宝 蒋 步军 通信 地址 ：(225009 江苏省扬 州市 江阳 中路 31#扬 州大学信 息 工程学院电工电子实验中心)江丽莉 (收稿 日期：2004．9．23) ／ 、 中国自控网：http：／／www．autocontro1．cn 目自控搠邮局订阅号 ：82-946 120元／年 一6l一 维普资讯 http://www.cqvip.com