基于PCC的地磅远程控制系统设计

该文主要介绍了新型可编程计算机控制器(PCC)的结构特点，并在外围硬件的基础上，构建了一个小型三级地磅远程控制系统，该系统应用以太网通讯来实现其远程控制功能。经现场调试，该系统运行正常，教据在现场与远程端之闾可 正确传输，达到了通过网络实现远程控制的目的。

1.引言

现代化先进的大型制造企业，由于其生产能力高，所以物流 和信息量都非常庞大。传统的计量模式人员数量多,效率低，易 产生漏洞，不便于管理，在很大程度上影响了企业的生产，这种 模式巳不适合现代化先进的大型制造企业的物流和信息管理。

为了不影响现代化企业的生产，特别需要一种全新的计量 模式来代替传统的计量模式。地磅远程控制计_模式正好能 够满足现代化先进的大型制造企业的计量需求和系统控制，并 且能在很大程度上减少传统计量模式的弊端。

地磅远程控制系统的4现方式很多,经过调研，决定采用 以贝加莱(B&R、)公司的可编程计算机控制器(PCC)为主控器,管 理现场设备并利用以太网与上位PC机数据交互的方式，该方式 有开发周期短，维护方便等诸多优点。

2.PCC的特点

贝加莱的PCC是综合了 PLC和工业计算机优点的新一代可 编程计算机控制器，其功能可完成从简单的逻辑控制到复杂的 集散控制(DCS)。硬件采用了可以灵活配置的模块化结构，能带 电插拨，可靠性高。支持多任务分时操作系统,提供了 8个分别 具有不同循环时间不同优先权的任务等级。

PCC使用开放式总线结构，与各种系统通信方便，提供支持 CAN BUS的硬件模块并自带CAN接口。帧驱动器(Frame Driver) 是为实现与第三方设备通信而设计的软件工具箱。由于Fmme Drivei是一个自由通信协议，编写串行接口（如RS- 232、RS- 485/ 422、TTY等）的通信协议非常方便。

在PCC系列产品中，X20系列模块是三位一体，即模块分为 三个部分:总线模块、电子模块、端子模块。每个X20模块最多有 12个通道，模块间的通信通过X2X Link分布式底板实现，其设 计为用户使用提供了极大的灵活性。

Automation Studio(AS)是一种集成软件开发平台，也是支持 用户开发PCC应用程序的软件包。Automation Studio提供的编程 语言非常丰富,有梯形图LAD、指令表IL、结构文本STJi序功 能图 SFC 等IEC61131 标准编程语言和 Automation Bask-,ANSI C 两种高级语言，根据需要可以在项目中采用多种语言进行混合 编程，同时，编程环境中包含丰富的函数库及功能块供用户调 用，大大减轻了开发人员的工作量。

3.系统结构

3.1硬件构成及配置

根据地磅远程控制系统的管理特点，选用（B&R )PCC-X20 系列紧凑型CPU(X20CP0292)作为工业以太网控制器，采集现场 红外对射设备的状态以确定汽车是否完全上衡，实时读取重量 数据和司机的卡号数据，控制红绿灯及挡车器的状态，接收上位 机(计量监控中心)命令并语音播报重量数据整个系统构成如 图1所示。

 CPU(X20CP0292)配有电源模块(X20PS9500)、数字输人模 块（X20DI4371 )、数字输出模块（X20D09322)、RS485通信模块 (X20CS1030)底座（X20B22)。整个系统中有以太网Ethernet、 RS232接口、RS485接口供现场设备使用。

外围设备中，红绿灯和挡车器由数字输出模块驱动，红外对 射管接人数字输入模块,地磅仪表通过RS232接口与控制器 通信，读卡器和语音液晶屏通过RS485接口与控制器通信,控制 器通过以太网与交换机相连，实现了一个小型的三级控制系统。

3.2系统工作原理介绍

计量监控中心的PC机通过以太网接口接人交换机,与控制 器交互地磅仪表的重量数据和每个司机唯一的卡号数据，并 能根据现场情况作出现场设备的动作调整，比如控制红绿灯状 态、挡车器状态和语音屏的信息播报等。整个系统的外围设备控 制可由控制器自动完成，也可由计量监控中心管理人员手动完 成，两种工作方式可自由切换。在入衡口有一个红绿灯及一个红外探头，出衡口处有一个 红绿灯和两个红外探头’在探头中间安装挡车器，人衡口和出衡 口之间是秤体，即汽车衡仪表。旁边有LED显示屏及读卡器,磅 房中配置以太网工业控制器及交换机。地磅远程控制设备现 场布置如图2所示。

工作流程如下：

A)当入衡口处为绿灯、出衡口处为红灯、挡车器落下时，汽 车可以上衡，汽车经过入衡口处时车轮遮挡红外探头的对射状 态，控制器通过DI模块接收到探头的状态改变信号后，马上开 启人衡口处红灯，不允许下一辆汽车上衡，向计量监控中心上传 启动视频录像信号,此时如有汽车再上衡，计量监控中心可通过 视频录像监控到，并通过语音方挥汽车倒退下衡。

B)汽车完,上衡后，以人衡口处的红外探头以及出衡口处 的第一个红外探头k有被触发为准。控制器读取地磅仪表的 数据和司机卡号,数据处理后上传计量监控中心,等待计量监控 中心的确认倍号:

C)计量监控中心对此次称重数据是否有效进行确认并向控 制器下发无效命令或者有效重量数据，如果无效则手动抬起挡 车器,指挥汽车完全下衡后给控制器下发自动命令,如果有效则 向控制器下发有效重量数据,控制器自动抬起挡车器、开启出衡 口处的绿灯、转发有效重量数据给LED语音屏进行语音播报重 量数据,提示司机下衡。

D)出衡口处两个红外探头从遮挡到正常后，汽车巳完全下 衡,此时控制器控制挡车器落杆,开启人衡口处绿灯和出衡口处 红灯，上传关闭视频录像信号’准备下一车计量。

4.系统软件设计

4.1上位机管理

上位机采用Webserver，用网页的方式读取控制器的数据以 及下发控制命令，该方式非常直观、方便3 4.2 PCC的软件设计

该远程控制系统中有外围设备控制、数据处理、RS232接口 通信、RS485接口通信等多种功能，需要注意的是控制器为紧凑 型CPU,RS485通信需要自己写底层程序，下面着重对RS232和 RS485的程序进行介绍。

4.2.1 帧驱动器 Frame Driver

15驱动器Frame Driver,是一种介于应用程序与硬件接口之 间的软件工具箱,系统中采用RS-232与地磅仪表进行通讯。

帧驱动器的命令格式的书写比传统的通信编程方法要容易 得多,对帧驱动器的操作主要有以下几个函数：

FRM.xopen：初始化接口，为帧驱动器分配缓存，安装相关的 中断处理程序；

FRM.read ：读数据并将其放在读缓存区；

FRM_rbuf:释放读缓存区；

FRM_gbuf:申请写缓存区；

FRM_writ ：将数据写人写缓存区；

FRM_robuf：释放写缓存区；

FRM_cl0Se:接口通信结束；

FRM_ctri:控制接口。

缓存区是用来存放帧驱动器的一小块内存，每个接口都对 应着几个缓存区以便存储待读写的帧。每个要使用的接口都必 须初始化，为了定义用户进行接口操作所使用的参数，需要用 FRM_xopen函数,对于FRM_xopen函数只初始化一次，通常在初 始化程序块里面，系统上电后只执行一次。

4.2.2 RS-485 通信

系统中采用通信模块X20CS1030与语音屏和读卡器实现数 据的交互，其中语音屏只接收控制器发送的数据,而读卡器需要 控制器先发送读数据命令才发送卡号数据或者空数据，所以程 序设计时必须确定485总线空闲的时候才能与其中之一通讯。

系统中采用的是紧凑型CPU，而通信模块X20CS1030在该 CPU下的功能模式只能是flat模式，需要编写底层程序驱动其正 常通讯。通信模块的工作模式和配置如图3和图4。

其中模块中的OutputSequence和TxBytel中的变量是发送 数据时的控制字，InputSequence和RxByte 1中的变量是接收数 据时的控制字,需要特别说明的是，在标准CPU中该通信模块可 以采用Stream模式而不必采用Flat模式。

5.结束语

该系统巳成功运行在某大型钢铁企业，性能稳定，工作正 常，该计量模式避免了传统计量模式的弊端。如果系统硬件稍作 修改还可应用在其它物流和信息量庞大的企业中，能进行多点 控制,并实现复杂的DCS系统功能。也可采用标准型CPU,配备 数据记录模块，自动保存物流和信息数据,实现另一种全新的无 人值守的计量模式。