关键词：个人计算机 集散系统 RS485 数据采集模块 变频器
1． 引言
为数众多的中小企业，在我国的国民经济中占有重要地位，这些企业大多设备陈旧，技术落后，急需技术改造。利用现代电子信息技术改造传统产业，是我国的一项基本产业政策，也是这类企业生存、发展、提高竞争力的迫切需要；但是现代集散系统的高昂成本，阻碍了在这类企业的应用。随着现代电子信息技术的发展，各类电子设备特别是电子计算机的价格不断下降，而综合性能却不断提高，这就为低成本集散系统的开发提供了条件，在此基础上，我们成功开发出一种适合中小企业的集散系统，在完全满足性能要求的前提下，实现了低成本。
2．系统构成
中小企业集散系统一般规模较小，现场控制量不多。控制的变量主要有：开关量的输入输出，模拟量的数据采集，交流电机的起停、转速控制等。根据上述特点，考虑与现代企业信息系统集成能力，我们按二级结构设计集散系统。
2．1 过程控制级：
采用通用微型计算机，内置工业以太网卡，通过工业以太网与企业信息管理系统、基础控制计算机进行通信，完成系统监控功能。
2．2 基础控制级：
基础控制计算机也采用通用型微型计算机，内置工业以太网卡，通过工业以太网实现和上位机的通讯。同时在其标准的RS-232串行通讯接口上，装设5V电源的光电隔离RS232/RS485转换器，构成了一个RS485总线系统。RS485采用平衡发送接受方式，具有传输距离长，抗干扰能力强和多站功能。4017是远端数据采集模块，用于模拟量数据采集；4050是远端控制模块，用于开关量输入输出；变频器为富士FRN7．5G11S型，用于交流电机的控制。在基础控制级中，由基础控制计算机作为主站，模块和变频器作为从站，组成了一个基于RS485通讯协议的主/从式网络。
3. 系统软件设计
3． 1 软件的选择
一般情况下，大型集散系统都是采用工控组态软件如FIX，RSVIEW等制作上位机画面，而用梯形图语言实现PLC的编程。这种方案成本较高，所以现在小型集散控制系统中，趋向采用通用的高级语言设计工程软件，如用VB，VC++，DELPHI等编制监控画面。在这个方案中，我们采用VB编制上位机监控程序和基础控制计算机控制程序，由于一般工程技术人员都能熟练掌握VB编程技术，这就避免了从头开始培训使用专业的组态软件和PLC编程软件，缩短了系统开发周期，也节省了购买大型组态软件的费用。利用VB高级语言的强大功能可以很容易地实现数据库管理，使监控和管理溶为一体，这也是一般的工控组态软件所不能达到的。
3．2 基础控制计算机与485接口设备通讯的实现
基础控制计算机与远端数据采集控制模块、变频器、其它485接口设备通过RS485总线构成了一个主从式的通讯网络，基础控制计算机作为主站，向远端数据采集控制模块和变频器发出控制指令，而模块和变频器作为从站，收到控制指令后，执行指令并向主站发出回应信号，模块、变频器及其它485接口设备统一编址，都是具有不同站号的从站，主站轮流向每个从站发出控制信号，并接受不同的从站的返回信号，从而对每一个从站进行控制，并采集数据。从站和从站之间不能通讯。计算机、模块、变频器及其它485接口设备的通讯端口统一设置为：波特率 9600，偶校验，数据位8位，停止位1位。
3.2.1 4017与基础控制计算机之间的通讯协议
向4017发出的报文（指令）结构如下：
# 是单字节ASCII # 字符（值为23H），表示要求读取模拟量输入值；
ADR 是两字节ASCII码，表示模块地址；
CR 是单字节ASCII CR字符（值为0DH），表示报文结束。
4017返回的报文如下：
DATA0-DATA7都是七字节ASCII码，表示0-7通道模拟量值，包含一位符号位，一位小数位，五个数字位。4017模拟量通道定义为±5 V。
CR 是单字节ASCII CR字符（值为0DH），表示报文结束。
3.2.2 4050与基础控制计算机之间的通讯协议
向4050发出的报文结构如下：
# 是单字节ASCII #字符（值为23H），表示要求改变模块输出状态；
ADR 是两字节ASCII码，表示模块地址；
NUL是两字节ASCII NUL字符，（值为00H），表示改变全部8位状态；
DATA是单字节区域，表示8位输出状态；
CR 是单字节ASCII CR字符（值为0DH），表示报文结束。
此时4050返回的报文如下：
>是单字节ASCII > 字符（值为3EH），表示模块已接受命令；
CR 是单字节ASCII CR字符（值为0DH），表示报文结束。
3.2.3 变频器及其它485接口设备与基础控制计算机之间的通讯协议．
FRN7．5G11S型变频器是富士公司的5000系列变频器中的一种，该系列变频器功能十分强大，可以通过多种方式对电机进行控制，可以通过前面板上的按键进行本地控制，也可以通过开关量端子进行控制，还可以通过RS485端口进行远程控制。
在实现计算机与变频器通讯之前，必须首先设置变频器的相关参数，根据实际需要，所设参数如下：
H30：RS485连接功能。此参数为3时，从RS485口输入的频率设定和运行命令有效。
H31：用来设定变频器的站地址。
H34：传送速度，此参数为2时，为9600BIT/S。
H35：数据长度，此参数为0时，为8位。
H36：奇偶效验，此参数为1时，为偶效验。
H37：停止位，此参数为1时，为1位停止位。
由于本系列变频器功能十分强大，向变频器发送的命令种类很多，报文也有多种格式，在此只列一种。
变频器启动，停止，报文格式如下：
SOH是单字节ASCII SOH字符，（值为01H），用来表示报文的开始。
ADR是双字节区域，它包含了从站变频器的地址。
ENQ是单字节区域，表示主站发出命令．
f是单字节ASCII f字符，控制变频器运行命令。
DATA是四字节区域，"0000"表示停止,"0001"表示正转,"0002"表示反转。
EXT是单字节ASCII EXT字符，（值为03H），用来表示报文的结束。
BCC是双字节区域，用做报文效验，它的值是报文中从LGE 到HSW所有字节之和的后两位，若变频器收到带有错误结果的报文，它将放弃此报文并拒绝应答。
其它485接口设备包括积算仪表、冲板流量计等，都带有类似协议。
3.2.4 基础控制计算机通讯软件的设计
MSComm控件是Microsoft 公司提供的ActiveX控件，它实现了从微机串口读数据和向微机写数据，通过改变其属性，编写相应的程序代码，我们能够比较方便地编出基础控制计算机的通讯软件。MSComm控件的主要属性如下：
Commport ：设置并返回通讯端口号，设置为1，即选择串口1。
Settings：设置并返回波特率，奇偶效验位，数据位，停止位。统一设置为"9600，8，e，1" .
Portopen：设置并返回通讯端口状态，用来打开或关闭端口。
Input：从通讯控件的缓冲区获取数据，运行时为只读。
Output：向传输缓冲区写数据，此数据可以时文本格式或二进制格式，运行时为只读。
InBufferCount：返回接受缓冲区的字符数，将其属性设置为0用来清接受缓冲区。
Inputmode：设置或返回Input属性取回的数据类型。置0为文本格式，置1为二进制格式。
以控制变频器为例，变频器地址为6时启动电机程序如下：
Dim X （7） as String
MSComm. Settings="9600,e,8,1"
MSComm. InBufferCount=0
MSComm .Inputmode= comInputmodeBinary
X（0）= CHR$（01H）:X（1）="06":X（2）=CHR$（05H）:X（3）="f":X（4）="0001":X（5）= CHR$（03H）
X（6）="92"
X=X（0）+X（1）+X（2）+X（3）+X（4）+X（5）+X（6）
MSComm. Output=X
3．3 监控软件设计
监控软件采用 VB编程语言编程。相对于其它高级语言，利用VB的图象控件能够比较容易地编制出美观的监控画面，利用WinSock实现Socke套接字完成局域网内的通讯，利用VB的数据库功能实现历史数据的存储、报表打印，从而实现了监控功能。
4． 实际应用案例
河北迁安沙滦水泥厂一条生料配料生产线，两条熟料配料生产线采用了该项技术，对每条生产线的七至八种物料进行配比控制。由DCS输出开关量控制电振机将物料放入秤斗，输入模拟量检测重量，输出开关量控制开关门电机将物料放出秤斗，从而控制每种物料达到工艺要求的流量和配比，并且集中监控各生产线的生产状况。如果采用一般集散系统控制，设备费用约二十万元左右，而采用该系统仅需要六、七万元。实际运行表明，该方案满足用户要求，并能长期稳定运行。
5． 结束语
在小型的控制系统应用中，如果采用一些流行的过程控制网络，那么在通讯，模拟量处理等方面，投资很大。本方案充分利用了计算机，变频器本身的资源和通用的软件技术，达到了降低成本的目的。在具有同样性能的前提下，投资只有流行方案的35％～50％，目前已有二十余套系统成功地应用于企业生产过程中。
