智能无线数传设备助PLC实现远程控制应用

摘要： 随着微电子技术的飞速发展，工厂自动化(FA)的兴起，可编程逻辑控制器(PLC)具有功能强大、操作简单、可靠性强等特点，使其应用几乎覆盖了所有工业控制领域。在传统的应用方式中，PLC一旦安装到使用现场后设计人员将很难跟踪维护，出现问题也不能及时调试和升级。现在可以为PLC加装GPRS/CDMA智能无线数传设备( DTU)，改造为无线升级方案，实现了PLC的集中管理和分散控制。本方案使用互联网服务器通过无线方式对工业现场的PLC进行远程控制，不受距离和组网的限制。

方案论证

在工业控制领域，位于工业现场的PLC设备可能分布各地，为了实现远程集中管理分布于多个工业现场的PLC设备，采用电缆布线通信方式与远程服务器相连，不但布线麻烦、维护不方便、耗材极大，而且长距离造成的通信不稳定性大大增加(例如信号干扰、衰减)。尤其在高度分散性的工业控制系统，取而代之的无线通信方式，让传统布线方式所产生的问题迎刃而解。无线通信方案主要有无线数传电台和GPRS/CDMA无线通信两大类。

无线数传电台方案的建设成本(发射塔、天线、基站)及维护成本都是一笔不小的开支，并且网络容量有限。最重要的是通信距离有限，受城市影响很大，高楼大厦会造成电波的反射和折射，要不断的调整电台位置和天线位置，因此不宜采用。

GPRS/CDMA无线数据通信是如今广泛使用的两种通用通信方式。采用GPRS/CDMA无线通信方案，依靠现成的GPRS/CDMA网络，网络覆盖面积大，维护成本低，通信可靠，而且完全不受距离的限制，特别适合分散性的工业控制系统，其中选择GPRS网络的优势是覆盖范围广泛，适合频繁，突发和少量的数据传输，CDMA网络是基于目前商用的CDMA2000-1X,因为具有理论上153.6K的速率，是GPRS网络的3倍，所以适合有高速数据传输要求的应用。

目前基于GPRS/CDMA无线数据通信方式的工业控制模块和系统已经广泛应用于工业控制、安防、电力、金融、交通、石油、煤矿各个领域。

系统设计

本方案中整个系统由用户设备(PLC)、无线数据传输设备(DTU)、服务器三大主要部分组成，如图1所示。服务器通过Internet网络、GPRS/CDMA网络与无线数据传输设备(DTU)建立连接，无线数据传输设备(DTU)又通过串口(RS-232/485/422)直接与位于各个工业现场的PLC相接，以实现对PLC远程控制。

图1  DTU远程控制PLC方案

本文以广州致远电子有限公司的GPRS DTU ZWG-23A和OMRON的CJ1G-H 型PLC为例进行方案的说明。ZWG-23A是一款基于GPRS 网络的无线数据传输终端设备(DTU)，提供全透明数据通道，可以方便地实现远程、无线、网络化的通信方式，能够让串口设备轻松实现与Internet 的无线连接。
　　
　　系统安装配置流程

系统安装流程主要有如下四个步骤：
　　
　　架设服务器并且安装相关软件；

架设服务器；

相关软件：OMRON PLC上位机编程软件(CX-Programmer 5.0)、DTU配置工具及虚拟串口(ZNetCManager)；

现场设备安装，ZWG-23A和PLC连接。ZWG-23A通过DB9母头串口插座和PLC进行数据通信。该串口插座的外形和引脚编号如图2所示。

图2  DB9母头插座编号

该DB9母头串口插座引脚的引脚编号、信号名称、功能定义和方向如表1所示。表中的"方向"都是相对于DTU设备而言的，例如"OUT"表示该引脚为DTU的输出引脚。在连接硬件的时候需要根据PLC的通信接口引脚定义选择合适的连接线。

配置工作通信工作参数

设置DTU接口通信参数、服务器IP、端口号和一些高级参数。DTU接口通信参数必须与PLC接口通信参数一致(此处设置为PLC的默认值，波特率9600bps、起始位1位、数据位7位、停止位2位、偶校验)，如图3所示。DTU设置为客户端，IP、端口号设置为服务器的IP地址和端口号，高级参数主要设置数据包最大长度和帧间隔时间等。

图3  DTU基本参数配置

建立虚拟串口
　　
　　在PC机运行ZNetCManager软件即可把位于各个工业现场的ZWG-23A的串口虚拟为PC的串口。PLC与DTU连接相当于PLC直接与PC相连。

步骤1：打开虚拟串口配置软件→"新建"，弹出如图4所示对话框。

步骤2：设置"虚拟串口数"→"建立虚拟串口"→"虚拟串口"，选择虚拟串口号→"设备类型"，选择设备类型，例如：使用的是ZWG-23A，选择ZWG Series →"监听端口"，端口配置与DTU的端口配置一致→"添加"→"确定"。如图4所示。

步骤3：主界面中，"启动服务"，如果建立连接将出现已连接字样。

设置上位机编程软件　　

设置OMRON PLC相关参数，如PLC类型、连接模式、响应超时时间等。

步骤1：打开CX-Programmer 5.0，点击"文件"→"新建"，在如图5所示的对话框里设定新建PLC的名称、选择所使用的PLC的设备类型及网络类型。

表1  DB9插座信号说明

步骤2：单击"设备类型"右方的"设定"，选择当前CPU型号→"确定"。

步骤3：单击"网络类型"右方的"设定"，弹出如图6所示对话框。单击"驱动器"出现如图7所示对话框。

图3  DTU基本参数配置

图4  配置属性对话框

在CX-Programmer 5.0软件的PLC设定中，上位机链接端口波特率是设置PLC的，DTU设置的波特率必须和此波特率一致才能正常通信。如两者不一致，可以修改DTU的通信波特率；也可以修改PLC的通信波特率。

全都设置完毕后，进入新建的工程。然后点击连接，服务器便可以与PLC进行通信。

优化通信速度与降低GPRS流量

上文介绍了在PLC默认波特率下进行的通信，事实上通信速度还可以进一步的提升，提高通信波特率可以实现更快的传输。

DTU工作模式默认为永远在线模式，如果实际情况不要求DTU永远在线，只是需要的时候DTU才上线与PLC进行通信，则可以采用空闲下线这种工作模式。在空闲下线模式(DTU 断开与服务器的连接)，可以使用以下两种方法使DTU 模块与服务器之间重新建立连接。第一种是通过发送唤醒短信激活DTU；第二种是通过电话唤醒，只要拨打DTU SIM 卡的号码，听到DTU挂断，就说明DTU 已经唤醒，该方法不产生任何费用，而且时效性更好。具体操作过程见参考资料。

结语

经过实际系统测试和运行证明基于致远DTU的系统运行稳定，取得了满意的效果。通过GPRS/CDMA无线通信方式来实现PLC的远程控制是未来发展的一种趋势，本文虽然仅以OMRON的PLC为例做了说明这个系统的构建，配置和实施的过程，实际上对于其他公司的PLC也是采用类似的步骤即可实现远程控制的功能。

参考文献：

1.  广州致远电子有限公司 ZWG-23A用户手册、数据手册

2.  广州致远电子有限公司 ZWG-23A无线数传设备(DTU)快速应用

3.  广州致远电子有限公司 工控与通讯网络应用技术解决方案

4.  www.embedcontrol.com