用PLC實(shí)現(xiàn)的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)基站參數(shù)采集系統(tǒng)

摘 要： 介紹了一個(gè)用日本松下電工公司的小型可編程序控制器（PLC）產(chǎn)品FP1-C24實(shí)現(xiàn)的蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)基站參數(shù)采集系統(tǒng)。因?yàn)椴捎昧薖LC作為數(shù)據(jù)采集器，使該系統(tǒng)具有可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 可編程序控制器（PLC） 數(shù)據(jù)采集 蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)

現(xiàn)代移動(dòng)通信網(wǎng)采用了蜂窩結(jié)構(gòu)的小區(qū)制，實(shí)行頻率復(fù)用，以提高頻率的利用率。為了達(dá)到覆蓋要求，增加通信用戶容量，就必須建立大量的移動(dòng)通信基地站。由于基站的數(shù)目多，分布廣，單靠人工對(duì)基站進(jìn)行巡查是困難的，因此，有必要建立對(duì)基站狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以方便對(duì)基站的維護(hù)和管理。

可編程序控制器（PLC）作為新一代的工業(yè)控制裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)良、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，易學(xué)易用，并可進(jìn)行在線修改，已被廣泛地應(yīng)用于冶金、礦業(yè)、機(jī)械、輕工等工業(yè)控制領(lǐng)域，為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具。目前PLC功能日益增強(qiáng)，特別是在配備了某些模塊后（如A/D、D/A等），可對(duì)模擬量進(jìn)行采集和控制，并可具備遠(yuǎn)程通信的功能，這使PLC的應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展?；赑LC的優(yōu)點(diǎn)，我們把PLC應(yīng)用于蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)基站的參數(shù)采集，可對(duì)基站的發(fā)射功率、駐波比、交直流電源的電壓等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可采集基站內(nèi)的火警、盜警等信息，然后利用PLC的遠(yuǎn)程通信功能把信息送回監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)基站的無(wú)人值守。

１ 基站參數(shù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)對(duì)基站監(jiān)測(cè)的要求，這套系統(tǒng)要對(duì)基站各信道發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率、反射功率、基站設(shè)備用的24V和12V電源電壓、交流電源的電壓、整流告警和熔絲告警等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能對(duì)基站的房間氣溫及防火、防盜等安全信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)的組成如圖１所示。系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)采集器，各信道的發(fā)射功率和反射功率經(jīng)變送器變換為0～5V的模擬電壓后送給數(shù)據(jù)采集器；交流電壓、12V直流電壓、24V直流電壓也經(jīng)過(guò)變送器變?yōu)?～5V電壓送往數(shù)據(jù)采集器；房間氣溫由溫度傳感器探測(cè)后轉(zhuǎn)為0～5V電壓送給數(shù)據(jù)采集器；整流告警、熔絲告警信息為開關(guān)量，煙感、溫感探測(cè)器組成防火報(bào)警系統(tǒng)，其輸出為開關(guān)量，紅外防盜報(bào)警器也輸出開關(guān)量，這些開關(guān)量都送往數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集。

圖中的數(shù)據(jù)采集器由日本松下電工公司生產(chǎn)的小型PLC產(chǎn)品FP1實(shí)現(xiàn)。FP1雖然是小型機(jī)，但性能價(jià)格比高，硬件配置較全。它可以通過(guò)增加I/O模塊來(lái)進(jìn)行擴(kuò)充，最大可擴(kuò)充至幾百點(diǎn)；通過(guò)擴(kuò)充A/D模塊，可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的輸入；機(jī)上配有RS232接口，可實(shí)現(xiàn)PLC與PC機(jī)之間的通信。因而比較容易配置成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

２ 用FP1實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器由FP1-C24主控單元擴(kuò)充A/D單元組成，如圖２所示。其中A/D單元負(fù)責(zé)模擬量的輸入，而主控單元負(fù)責(zé)開關(guān)量的輸入及為模擬量作多路選擇開關(guān)。

FP1的A/D單元有四個(gè)模擬輸入通道（CH0～CH3），其占用的I/O通道分別為：

CH0——WX9 （X90-X9F）

CH1——WX10（X100-X10F）

CH2——WX11（X110-X11F）

CH3——WX12（X120-X12F）

每個(gè)通道可以以電壓或電流輸入，分辨率為滿量程的1%，電壓輸入時(shí)輸入范圍是0～5V或0～10V可選。本系統(tǒng)采用0～5V電壓輸入。由于每個(gè)主控單元只能帶一個(gè)A/D單元，而每個(gè)A/D單元只有４個(gè)輸入通道，為了能測(cè)量更多的模擬量，需要利用多路選擇開關(guān)選擇模擬量后再輸入A/D模塊。在本系統(tǒng)中，CH2通道作12V電壓測(cè)量，CH3通道作24V電壓測(cè)量，而CH0和CH1通道經(jīng)過(guò)多路選擇開關(guān)擴(kuò)展后作發(fā)射功率和反射功率的測(cè)量以及作基站室內(nèi)氣溫和交流電壓的測(cè)量。

C24主控單元有16個(gè)輸入口（X0～XF）及8個(gè)輸出口（Y0～Y7）。輸入口X0～XF作開關(guān)量輸入，X0~XF分成兩組，其中X0～X7用于熔絲告警、整流告警等信號(hào)的輸入，對(duì)這類信號(hào)系統(tǒng)不需要鎖存；而X8～XF用于防盜報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警等信號(hào)的輸入，對(duì)這類信號(hào)系統(tǒng)要對(duì)出現(xiàn)過(guò)的情況進(jìn)行鎖存，直到監(jiān)控室發(fā)命令復(fù)位為止。用于X8輸入鎖存的梯形圖如圖3所示，用于X9～XF鎖存的梯形圖與圖3類似。PLC內(nèi)部通用寄存器R148～R14F分別用于X8～XF的鎖存，R15D作復(fù)位寄存器，由PC機(jī)通過(guò)RS232口送命令來(lái)置位或復(fù)位，當(dāng)它被置為導(dǎo)通時(shí)R148～R14F被復(fù)位，當(dāng)R15D被置為開路時(shí)，X8～XF監(jiān)視輸入信號(hào)。

輸出繼電器Y2～Y7用作多路選擇開關(guān)，其連線如圖2所示。其中Y2、Y4、Y6作為一組，送到Y(jié)2、Y4、Y6的信號(hào)經(jīng)過(guò)選擇后送到A/D單元的CH1通道，用于發(fā)射功率和交流電壓測(cè)量；Y3、Y5、Y7作為另外一組，選出的信號(hào)送往A/D單元的CH0通道，用于反射功率和室內(nèi)氣溫的測(cè)量。PLC進(jìn)行編程使Y2、Y4、Y6及Y3、Y5、Y7輪流導(dǎo)通，如圖4所示。當(dāng)相應(yīng)輸出繼電器導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)信號(hào)接入A/D單元的CH0或CH1通道，讀取這時(shí)CH0和CH1通道A/D轉(zhuǎn)換的值（WX9，WX10）存入對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)的采集。為了避免在切換輸入時(shí)讀入的數(shù)據(jù)不確定，必須在切換前停止讀取A/D值（WX9，WX10），如圖４所示。由于基站每個(gè)信道的發(fā)射功率和反射功率要同時(shí)讀取才能得出駐波比，因而要分成兩組多路選擇開關(guān)，Y2、Y3同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)采集，Y4、Y5和Y6、Y7也一樣。如要采集更多的模擬量輸入，可采用帶有更多輸出繼電器的主控單元（如C40）及增加擴(kuò)充I/O模塊（如E8，E40等）。

Y0輸出繼電器用于煙感報(bào)警器的復(fù)位用。

３ PLC與PC機(jī)的通信

FP1可通過(guò)RS232口或RS422口與PC機(jī)進(jìn)行通信，PC機(jī)通過(guò)通信口可以設(shè)置PLC、對(duì)PLC進(jìn)行編程、對(duì)PLC的繼電器和寄存器的狀態(tài)進(jìn)行讀取或設(shè)置。FP1采用日本松下電工公司的專用通信協(xié)議即MEWTOCOL-COM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其格式如下：

其中BCC是塊檢查碼，由前面的字符按一定規(guī)則產(chǎn)生，松下電工公司已給出了BCC的生成程序；CR是結(jié)束碼，值為0DH。

FP1-C24主控單元同時(shí)帶有RS232和RS422口，本系統(tǒng)把RS422口用于對(duì)PLC進(jìn)行編程，而把RS232口作為與計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信口。PLC把采集到的基站信息經(jīng)過(guò)預(yù)處理后存在內(nèi)部通用數(shù)據(jù)寄存器DT100～DT145單元，對(duì)PC機(jī)用VB編程，通過(guò)COM2口向PLC發(fā)送數(shù)據(jù)塊讀取命令RD，PLC收到命令后把DT100～DT145的數(shù)據(jù)通過(guò)RS232口送給計(jì)算機(jī)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在顯示器上顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)基站的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，PC機(jī)通過(guò)向PLC發(fā)送寫觸點(diǎn)命令WCS設(shè)置R15D及Y0，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鎖存了的X8～XF信號(hào)及煙感報(bào)警器的復(fù)位。程序流程如圖５所示。

綜上所述，本系統(tǒng)把PLC用于數(shù)據(jù)采集，在擴(kuò)充了A/D模塊后，利用PLC的輸出繼電器構(gòu)成多路選擇開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)的采集。由于PLC的優(yōu)點(diǎn)，用PLC構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、構(gòu)成方便等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，用PLC實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集器能可靠地工作。