王道順，李芍君

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

0 引言

在閥門智能控制系統(tǒng)中，要選擇閥門的開關(guān)驅(qū)動形式，控制閥門的開關(guān)動作方向，顯示閥門的開度變化，并在閥門達(dá)到全開、全關(guān)極限，驅(qū)動電機過扭矩、過熱的情況下報警等等，需要設(shè)置的參數(shù)很多.而用戶很可能因為某部分的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，造成整個系統(tǒng)無法正常運行.這種情況下遠(yuǎn)程診斷技術(shù)為我們提供了解決問題的有效手段.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)人員通過遠(yuǎn)程診斷軟件，采集用戶現(xiàn)場設(shè)備的設(shè)置參數(shù)，并進(jìn)行診斷.發(fā)現(xiàn)問題后，進(jìn)行參數(shù)的修改或重新設(shè)置，再傳輸至用戶現(xiàn)場的設(shè)備中，或通知用戶檢查相關(guān)的硬件接線等，以此來完成設(shè)備的維護(hù).這樣在設(shè)備出現(xiàn)問題時，通過信息交流而不是人員交流來解決問題，就大大減少了時間、資金、人力資源上的開銷，同時也提高了工作效率.

目前，公用電話網(wǎng)是實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畛墒?、最便利、最廉價的方式之一，無需大規(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)確性的同時也能保證傳輸速度.

1 系統(tǒng)概述

我國的公用電話網(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，而單片機只能處理數(shù)字信號，需要通過調(diào)制解調(diào)器來完成數(shù)字信號和音頻信號的轉(zhuǎn)換.雙方通信開始之前，主機發(fā)出撥號命令，經(jīng)MODEM處理后送到電話線上，向端局發(fā)出請求，請求與下位機連接.端局檢測下位機狀態(tài)，若為空閑給下位機振鈴信號，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

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

圖2 診斷系統(tǒng)硬件連接圖

2.1 單片機系統(tǒng)

本系統(tǒng)單片機采用AVR系列Mega16單片機，該單片機功能強大，內(nèi)嵌A/D轉(zhuǎn)換器、EEPROM、模擬比較器、PWM定時計數(shù)器等多種功能;AVR單片機的I/O接口具有很強的驅(qū)動能力，灌入電流可直接驅(qū)動繼電器、LED等元件，從而省去驅(qū)動電路，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閥門狀態(tài)信號，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，采用電阻將傳感器采回的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號供單片機采集.

由于本系統(tǒng)所需要檢測的現(xiàn)場數(shù)據(jù)很多，Mega16單片機自帶的8路模擬開關(guān)無法滿足要求，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用4片模擬選擇開關(guān)芯片CD4051開關(guān)實現(xiàn)對多達(dá)32路模擬信號的輸入，CD4051管腳圖見圖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，6號管腳作為片選信號與Mage16的PB0相連，3號管腳作為輸出信號與Mega16的PC0相連.

2.3 電平轉(zhuǎn)換電路

在本系統(tǒng)中，單片機系統(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制，因此通信時，需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換.MAX232帶有兩組轉(zhuǎn)換電路，即可以同時把兩個TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，也可把兩個RS232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平，所以只使用一個MAX232 就可以完成雙工通信了［4］.MAX232 電平轉(zhuǎn)換應(yīng)用電路見圖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，所有參數(shù)都可遠(yuǎn)程更改;②對閥門控制系統(tǒng)中的各參數(shù)可單獨控制，以確定是否為設(shè)備故障.以驅(qū)動電機過扭矩為例，當(dāng)遠(yuǎn)程診斷出是驅(qū)動電機扭矩參數(shù)設(shè)置不當(dāng)時，上位機就要向Mega16發(fā)送相應(yīng)指令，Mega16根據(jù)接收到的指令來確認(rèn)與驅(qū)動電機相連的單片機管腳狀態(tài)，完成對驅(qū)動電機扭矩的調(diào)整，從而恢復(fù)整個系統(tǒng)的正常運行，最大程度的減少停機時間.

2.5 現(xiàn)場診斷系統(tǒng)

本系統(tǒng)在設(shè)計過程中增加了現(xiàn)場診斷系統(tǒng)，使整個系統(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)場數(shù)據(jù)經(jīng)由RS485傳送，在上位機接受端，利用RS485/232轉(zhuǎn)換接口，將其變成 RS232信號供上位機使用［5］.RS485與上位機的接口電路如圖5所示.

圖5 RS485與上位機接口電路

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1 上位機部分

上位計算機的控制軟件部分利用Visual Basic軟件開發(fā)完成，VB界面友好，簡單易用，功能強大，實用性強在國內(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，可以開發(fā)出各種通信程序.在VB中利用AT命令來對MODEM進(jìn)行操作很簡便［7-8］，例如撥號上位機只需要以下程序即可完成:

其中Number是要撥打的電話號碼.

閥門控制遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)上位機界面圖6所示.

圖6 閥門控制遠(yuǎn)程診斷軟件界面

本軟件啟動時，可以接收到下位機采集的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并在顯示參數(shù)區(qū)顯示出來由技術(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)果通過相應(yīng)指令傳達(dá)給下位機，控制下位機動作，以完成設(shè)備的維護(hù).

3.2 下位機部分

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

圖7 下位機串行發(fā)送數(shù)據(jù)流程圖

圖8 下位機并行接受數(shù)據(jù)流程圖

4 結(jié)論

本文設(shè)計的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，在實際應(yīng)用過程中，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)問題后幾乎都能得到有效的解決.僅差旅費一項，就為企業(yè)節(jié)約了大量資金.當(dāng)然，同時在時間、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)濟效益.該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于實際，并經(jīng)實踐證明，是一項十分實用的技術(shù).

［1］石云卿.低成本遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)系統(tǒng)在鋁熔化保溫爐上的應(yīng)用［J］.有色金屬加工，2007(6):57-58.

［2］何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編［M］.北京:北京航空航天出版社，2000.

［3］劉斌儒，戴勇.基于AVR單片機Mega16的電子時鐘設(shè)計［J］.國外電子元器件，2008(7):18-19.

［4］馮秀麗.基于電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信技術(shù)以及在污水管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［D］.北京:北京化工大學(xué)，2001.

［5］胡社教，張陽陽，潘宗嶺.基于MSC1210的高壓機無線控制系統(tǒng)［J］.電子測量與儀器學(xué)報，2008(增):265-268.

［6］陳輝.基于公話網(wǎng)的城市熱網(wǎng)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的實現(xiàn)［D］.吉林:吉林大學(xué)，2009.

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