基于光纖網(wǎng)絡(luò)的皮帶秤聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：為了加強對煤礦各輸送皮帶產(chǎn)量的實時控制。實現(xiàn)遠程觀測與統(tǒng)計，設(shè)計了采用以太網(wǎng)光殲收發(fā)器為主要數(shù)據(jù)傳輸媒介的多臺智能型皮帶秤稱重儀表的聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)。采用光纖進行數(shù)據(jù)的遠距離傳輸，利用PC工控機和可視化編程軟件VB的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核與智能型稱重儀表進行數(shù)據(jù)的實時傳輸及處理，同時還設(shè)計了界面友好的上位機控制軟件。用戶現(xiàn)場使用的情況表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，具有一定的實用價值。
關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)光纖收發(fā)器；單模；ICS-XF配料秤儀表；ADAM-4520；VB網(wǎng)絡(luò)內(nèi)核

山西汾西礦業(yè)集團下屬某有限公司屬國有大型煤炭生產(chǎn)銷售企業(yè)，該公司共有8套基于51系列單片機的智能皮帶秤計量稱重系統(tǒng)。這些皮帶秤的地理位量距離調(diào)度中心都在800 m左右，皮帶秤計量儀表為智能型儀表，它可以實時顯示當前的皮帶瞬時產(chǎn)量、班產(chǎn)量、日產(chǎn)量和總累計量，但是這些數(shù)據(jù)必須有專人來定時的記錄到產(chǎn)量報襄中，因為除了總累計量外的數(shù)據(jù)都只保存24h。這種方式容易造成數(shù)據(jù)的人為誤差或者漏記產(chǎn)量，既浪費大量的人力又得不到好的工作成效。基于上述情況，建立了基于光纖網(wǎng)絡(luò)的皮帶秤稱重聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)，重新設(shè)計了基于可視化編程語言VB的可與現(xiàn)場皮帶秤稱重儀表進行數(shù)據(jù)交換的遠程皮帶秤計量系統(tǒng)，全面解決了上述存在的問題。

1 聯(lián)網(wǎng)方案
1．1 儀表通訊的必備知識
EIA RS-232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會在1969年頒布的一種串行物理接口標準。RS(Recommended Standard)是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。RS-232C總線標準設(shè)有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒150、300、600、1 200、2400、4800、9600、19 200波特。
RS-232是個人計算機上的通訊接口之一，是由電子工業(yè)協(xié)會EIA(Electronic Industry Association)所制定的異步傳輸標準接口。通常RS-232接口以9個引腳(DB-9)或是25個引腳(DB-25)的形態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。
RS-232C標準規(guī)定，驅(qū)動器允許有2 500 pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF／m的通信電纜時，最大通信距離為15 m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。
智能儀表是隨著80年代初單片機技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時其中的一個必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號輸出簡單過程量，后來儀表接口是RS-232接口，這種接口可以實現(xiàn)點對點的通信方式，但這種不能實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。RS-485總線的出現(xiàn)恰好解決了這個問題，不僅可以實現(xiàn)智能儀表的聯(lián)網(wǎng)問題，而且通信距離可達幾十米到上千米，滿足數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)遠程傳輸?shù)囊蟆?br /> RS-485的電氣特性如下：邏輯“0”以兩線間的電壓差為+(2-6)V表示；邏輯“1”以兩線間的電壓差為-(2-6)V表示。接口信號電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。
RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mb／s；RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200 mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)：RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。
1．2 光纖收發(fā)器的相關(guān)知識
光纖收發(fā)器，是一種將短距離的雙絞線電信號和長距離的光信號進行互換的以太網(wǎng)傳輸媒體轉(zhuǎn)換單元，在很多地方也被稱之為光電轉(zhuǎn)換器(Fiber Converter)。產(chǎn)品一般應(yīng)用在以太網(wǎng)電纜無法覆蓋、必須使用光纖來延長傳輸距離的實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，且通常定位于寬帶城域網(wǎng)的接入層應(yīng)用；同時在幫助把光纖最后1 km線路連接到城域網(wǎng)和更外層的網(wǎng)絡(luò)上也發(fā)揮了巨大的作用。
光纖收發(fā)器的基本特點如下：提供超低延時的數(shù)據(jù)傳輸；對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完全透明；采用專用ASIC芯片實現(xiàn)數(shù)據(jù)線速轉(zhuǎn)發(fā)；機架型設(shè)備可提供熱插拔功能，便于維護和無間斷升級；可網(wǎng)管設(shè)備能提供網(wǎng)絡(luò)診斷、升級、狀態(tài)報告、異常情況報告及控制等功能，能提供完整的操作日志和報警日志；設(shè)備多采用1+1的電源設(shè)計，支持超寬電源電壓，實現(xiàn)電源保護和自動切換；支持超寬的工作溫度范圍；支持齊全的傳輸距離(0～120 km)。
信息化建設(shè)的突飛猛進，人們對于數(shù)據(jù)、語音、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛，以太網(wǎng)寬帶接入方式因此被提到了越來越重要的位置。但是傳統(tǒng)的5類線電纜只能將以太網(wǎng)電信號傳輸100 m，在傳輸距離和覆蓋范圍方面已不能適應(yīng)實際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的需要。與此同時，光纖通信以其信息容量大、保密性好、重量輕、體積小、無中繼、傳輸距離長等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用，光纖收發(fā)器正是利用了光纖這一高速傳播介質(zhì)很好地解決了以太網(wǎng)在傳輸方面的問題。光纖收發(fā)器的出現(xiàn)，將雙絞線電信號和光信號進行相互轉(zhuǎn)換，確保了數(shù)據(jù)包在兩個網(wǎng)絡(luò)間順暢傳輸，同時它將網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離極限從銅線的100 m擴展到100 km(單模光纖)。
1．3 儀表聯(lián)網(wǎng)硬件的設(shè)計與實現(xiàn)
從計量邏輯角度講，整個系統(tǒng)可以分為兩層：現(xiàn)場的計量稱重設(shè)備級、調(diào)度中心業(yè)務(wù)級，屬于典型的C／S結(jié)構(gòu)。另外，現(xiàn)場各皮帶秤所使用的智能儀表均為ICS-XF型皮帶秤專用儀表，此類型的儀表可以通過串口進行數(shù)據(jù)的傳輸與交換。該儀表支持串行通訊的傳輸方式有RS-232C和RS-485兩種。如果傳輸距離在15 m以內(nèi)，則可以用RS-232C傳輸方式；否則，如果傳輸距離在1 000 m以內(nèi)，則采用RS-485傳輸方式?，F(xiàn)場的各皮帶秤布局情況如下：8套皮帶秤的計量儀表分別集中布置在兩個現(xiàn)場控制室內(nèi)，兩個控制室之間的距離約800 m；而兩個控制室中距離調(diào)度室的最小距離約2 000 m。而客戶的要求是將現(xiàn)場各皮帶秤計量儀表的效據(jù)準確地實時地傳輸?shù)秸{(diào)度室的服務(wù)器電腦上。