基 于 ZigBee 产 品 的 车 间 无 线 监 控 系 统前 言系 统 架 构 图 如 下 图 所 示 :随 着 技 术 的 进 步 , 现 在 工 业 车 间 里 已 经有 越 来 越 多 的 现 代 化 设 备 , 极 大 的 提 升 了 生产 效 率 。 但 是 在 效 率 提 升 的 同 时 也 使 得 现 在车 间 的 环 境 越 来 越 恶 劣 , 各 种 各 样 的 干 扰 源严 重 影 响 着 我 们 正 常 的 监 控 线 路 。在 温 度 、 压 力 、 湿 度 、 震 动 、 噪 声 和 电磁 等 因 素 时 刻 都 可 能 发 生 变 化 的 情 况 下 , 利用 一 般 的 网 络 技 术 来 组 建 监 控 系 统 , 可 能 会因 为 实 时 性 不 够 强 、 灵 敏 度 较 小 、 延 迟 大 、 距 离短 、 可 靠 性 较 低 、 受 环 境 限 制 明 显 等 缺 陷 , 无 法 全面 实 时 有 效 地 实 现 安 全 监 控 。 而 随 着 微 电 子 技 术 、数 字 技 术 、 网 络 和 通 信 技 术 的 飞 速 发 展 , 无 线 传 感器 网 络 以 其 成 本 低 、 组 网 灵 活 、 受 地 理 环 境 限 制少 、 隐 蔽 性 强 、 无 人 值 守 等 优 点 , 逐 渐 成 为 监 控 系统 的 首 选 。在 无 线 传 感 器 网 络 中 , 低 速 率 短 距 离 的 ZigBee技 术 是 无 线 通 信 的 首 选 技 术 之 一 。 本 设 计 以 确 保 布线 简 单 , 安 全 实 时 监 控 为 出 发 点 , 运 用 ZigBee 技术 , 以 泓 格 无 线 通 信 模 块 ZB-2550、ZB-2551 为 基础 , 配 合 泓 格 μPAC 系 列 控 制 器 , 以 及 I-7000 系 列 模块 对 工 厂 车 间 各 工 位 的 工 作 状 态 进 行 监 控 。关 键 字该 方 案 采 用 泓 格 科 技 总 线 型 高 性 能 μPAC 系 列 控制 器 μPAC-7186EX 作 为 主 控 器 , 现 场 工 位 的 按 钮 信号 采 集 和 LED 报 警 灯 控 制 采 用 RS-485 分 布 式 控 制 模块 I-7055D 来 实 现 。 车 间 现 场 与 管 理 室 , 主 任 室 , 库房 的 通 信 采 用 泓 格 ZigBee 系 列 短 距 离 无 线 通 信 模 块来 实 现 。μPAC-7186EX 不 仅 能 完 成 工 位 按 钮 输 入 信 号 的采 集 , 控 制 LED 多 层 警 示 灯 , 发 送 信 息 给 管 理 室 、主 任 室 、 库 房 的 LED 看 板 , 同 时 还 可 以 将 生 产 现 场的 状 态 进 行 一 定 时 间 的 保 存 , 除 现 有 构 架 检 修 工 位的 输 入 外 , 该 处 理 器 已 预 留 用 于 生 产 车 间 全 部 工 位状 态 输 入 接 口 。车 间 主 站 系 统 框 图 如 下 所 示 :ZigBee、I-7000、μPAC、 无 线 、 车 间 监 控系 统 架 构本 系 统 是 某 机 车 厂 转 向 架 车 间 的 整 体 监 控 系统 。整 个 车 间 现 有 8 个 工 作 流 程 , 每 个 工 作 流 程 都 是分 开 工 作 集 中 监 控 的 。 此 监 控 系 统 要 保 证 每 个 流 程能 够 正 常 运 行 , 同 时 还 要 把 缺 料 、 报 警 状 态 等 信 息有 效 传 递 给 管 理 人 员 和 生 产 辅 助 人 员 。 需 要 监 测 的状 态 分 为 : 正 常 、 缺 料 、 报 警 三 种 情 况 。 当 现 场 出现 设 备 异 常 或 缺 料 的 情 况 , 生 产 工 人 按 下 相 应 按钮 , 此 时 现 场 的 LED 多 层 警 示 灯 显 示 相 应 颜 色 作 为警 示 , 与 此 同 时 , 此 信 息 要 传 递 给 库 房 、 主 任 室 、管 理 室 的 LED 看 板 。LED 看 板 将 此 状 态 信 息 以 文 字的 形 式 显 示 出 来 以 提 示 管 理 室 , 库 房 工 作 人 员 对 此工 位 工 作 状 态 作 出 反 应 。 由 于 生 产 车 间 的 布 线 条 件和 强 电 磁 干 扰 等 因 素 , 车 间 里 各 工 位 的 状 态 显 示 需通 过 无 线 方 式 传 递 到 库 房 、 主 任 室 和 管 理 室 , 并 以有 线 方 式 控 制 各 工 位 的 指 示 灯 。从 站 系 统 管 理 室 框 图 如 下 所 示 :车 间 主 站 由 按 钮 开 关 ,LED 多 层 报 警 灯 ,I-7055D 数 字 量 输 入 输 出 模 块 ,uPAC-7186EX 控 制器 ,ZB-2550 无 线 发 射 模 块 等 几 部 分 组 成 。 主 要 是对 现 场 信 号 的 采 集 , 通 过 ZB-2550 模 块 把 相 关 的 信息 传 递 到 从 站 系 统 管 理 室 。ZB-2551RS232Led 显 示 屏控 制 卡LED 信 息 显 示 看 板37 WWW.<strong>ICP</strong><strong>DAS</strong>.COM.CN
从 站 设 备 管 理 室 主 要 是 把 前 端 传 递 过 来 的 信 息显 示 到 LED 看 板 上 。 主 要 由 ZigBee 从 设 备 ZB-2551,LED 显 示 屏 控 制 卡 ,LED 显 示 屏 组 成 。主 任 室 与 库 房 的 系 统 框 图 与 管 理 室 系 统 框 图 一致 , 均 接 收 现 场 主 设 备 ZB-2550 发 送 的 信 息 。监 控 系 统 所 使 用 产 品 介 绍 :主 控 制 器主 控 器 采 用 μPAC-7186EX 控 制 器 , 外 形 大 约 仅有 手 掌 般 大 , 对 于 小 型 自 动 控 制 系 统 来 说 , 其 控 制器 件 体 积 小 , 为 用 户 集 成 系 统 省 下 更 多 的 空 间 和 资源 ; 控 制 器 功 耗 低 , 通 常 在 2-3W 的 电 源 功 率 消 耗 ,控 制 器 以 电 脑 构 架 为 基 础 , 功 能 强 大 , 计 算 能 力 ,数 据 处 理 、 存 储 能 力 突 出 。 产 品 带 以 太 网 口 , 内 建多 串 口 设 计 , 让 μPAC-7186EX 不 仅 可 以 连 接 外 部 设备 与 仪 表 , 也 可 以 轻 易 的 连 接 各 式 总 线 模 块 , 可 以轻 松 的 实 现 模 拟 量 、 开 关 量 、 运 动 、 温 度 、 压 力 的控 制 。I-7055D 实 时 的 对 工 位 按 钮 信 号 进 行 采 集 , 并 通过 RS-485 发 送 至 μPAC-7186EX, 经 过 计 算 处 理后 , 通 过 串 口 发 送 命 令 给 ZB-2550,ZB-2550 以 无 线方 式 分 别 发 送 信 息 给 管 理 室 , 主 任 室 和 库 房 的 ZB-2551。 同 时 μPAC-7186EX 需 要 发 送 指 令 给 I-7055D,I-7055D 得 到 指 令 后 发 出 DO 信 号 驱 动 LED 警 示 灯 。管 理 室 , 主 任 室 , 库 房 的 ZigBee 从 模 块 ZB-2550 在 接 收 到 ZigBee 主 模 块 ZB-2551 的 信 号 后 , 通过 串 口 将 接 收 到 的 命 令 发 送 给 与 各 自 连 接 的 LED 控制 卡 ,LED 控 制 卡 根 据 指 令 控 制 LED 显 示 屏 显 示 相关 信 息 。目 前 该 车 间 只 实 现 了 一 个 工 位 的 监 控 , 预 计 不久 增 加 其 他 7 个 工 位 的 信 息 采 集 , 增 加 一 个 工 位 只 需增 加 一 个 带 DI/O 的 ZigBee 从 模 块 ZB-2060 与 现 场 的ZigBee 主 设 备 ZB-2550 通 信 。增 加 工 位 的 系 统 框 图 如 下 :现 场 信 号 采 集 与 输 出 模 块数 字 量 输 入 输 出 模 块 采 用 I-7055D 模 块 ,I-7055D 具 有 8 路 输 入 ,8 路 输 出 ,8 路 输 入 刚 好 完 成 构架 检 修 工 位 四 组 按 扭 和 8 个 开 关 量 输 入 的 采 集 ,8 路输 出 使 用 其 中 的 3 路 完 成 LED 多 层 警 示 灯 的 控 制 。I-7055D 与 μPAC-7186EX 控 制 器 采 用 RS-485 总 线 连接 。短 距 离 无 线 通 信 模 块无 线 通 信 模 块 采 用 泓 格 ZB-2550 和 ZB-2551,ZB-2550 和 ZB-2551 为 简 单 的 主 从 架 构 ,ZB-2550 是 主端 (Host), 而 ZB-2551 是 从 端 (Slave), 以 一 传 一 收的 方 式 , 就 可 完 成 ZigBee 的 通 讯 传 输 。 另 外 ZigBee包 含 加 入 (join) 及 离 开 (leave) 网 络 的 机 制 , 此 特 性 可以 让 使 用 者 在 日 后 若 需 要 其 他 ZB-2551 时 , 可 轻 易的 以 无 线 的 方 式 增 加 任 何 一 个 想 要 通 讯 的 设 备 。上 述 3 种 泓 格 模 块 构 建 了 整 个 系 统 的 控 制 核 心 , 再 搭配 LED 显 示 板 可 以 做 到 整 个 信 息 的 实 时 显 示 。系 统 原 理 :系 统 软 件 设 计 :本 系 统 选 用 的 μPAC-7186EX 控 制 器 , 内 置 泓 格于 1998 年 自 主 研 发 的 有 知 识 产 权 的 MiniOS7 操 作 系统 , 它 兼 容 DOS 系 统 , 但 与 常 规 DOS 系 统 相 比 , 具有 上 电 启 动 时 间 短 ( 小 于 0.1S)、 更 低 的 资 源 消耗 , 更 快 的 看 门 狗 响 应 。 内 置 硬 件 诊 断 功 能 。μPAC-7186EX 支 持 C 语 言 编 程 , 用 户 可 以 选 择多 种 开 发 平 台 来 进 行 开 发 。 泓 格 公 司 还 提 供 了 大 量的 库 函 数 及 范 例 程 序 源 代 码 , 能 够 帮 助 客 户 快 速 建立 一 个 具 有 TCP/IP 和 串 口 通 讯 能 力 的 嵌 入 式 系 统 。本 系 统 采 用 BC++4.5 开 发 环 境 , 采 用 C 语 言 编程 , 完 成 了 通 过 RS-485 口 进 行 数 据 采 集 , 通 过 RS-232 口 进 行 数 据 传 输 以 及 数 据 运 算 的 功 能 。现 场 图 片 :放 置 在 管 理 室 的 LED 显 示 屏 控 制 卡 与 现 场 的 智 能型 控 制 器 μPAC-7186EX 进 行 数 据 交 换 ,μPAC-7186EX 通 过 RS485 通 讯 接 口 与 现 场 数 据 采 集 模 块(I-7055D 模 块 ) 进 行 通 讯 , 实 现 按 钮 信 号 的 采 集 与LED 警 示 灯 控 制 。μPAC-7186EX 与 ZigBee 模 块 ZB-2550 通 过 RS232 通 信 接 口 进 行 通 信 , 将 采 集 到 的 信号 通 过 无 线 方 式 发 送 出 去 。WWW.<strong>ICP</strong><strong>DAS</strong>.COM.CN38