基于MCGS的升降機監(jiān)控系統(tǒng)的研究

范鵬，張相田，王云龍

(南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

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基于MCGS的升降機監(jiān)控系統(tǒng)的研究

范鵬，張相田，王云龍

(南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

0引言

近20年，我國城市建設(shè)發(fā)展突飛猛進，帶動了升降機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。升降機作為起重機的一種，主要用于高空作業(yè)，安全性能尤為重要。一套有效全面的安全措施則是必不可少的，內(nèi)容涉及很多，比如電動機過載保護，斷相錯相保護，斷繩保護，限速器保護，限位開關(guān)和極限開關(guān)控制、門聯(lián)鎖保護，超速保護等都是很重要的環(huán)節(jié)。因此需要一套完整的軟硬件系統(tǒng)對溫度、傾角、開關(guān)量等數(shù)據(jù)進行采集。

工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)一般需要上位機監(jiān)控系統(tǒng)的直觀顯示，傳統(tǒng)PC機監(jiān)控在施工場地不合時宜。MCGS軟件靈活方便，可應(yīng)用于多種監(jiān)控系統(tǒng)，采用TPC7062KD觸摸屏，配合MCGS軟件通過RS485/232和下位機通訊。有了圖形界面后，操作人員更易于把握現(xiàn)場環(huán)境的數(shù)據(jù)。

1系統(tǒng)硬件組成

如圖1所示，因監(jiān)測點分布在不同地方，數(shù)據(jù)傳輸有一定的距離，此處采用總線方式傳遞數(shù)據(jù)，各模塊單獨作為485設(shè)備，掛接在總線上，主控模塊和各終端模塊通過485總線進行數(shù)據(jù)交互。

圖1　系統(tǒng)硬件框架圖

1.1　主控模塊

本系統(tǒng)主控模塊用的MCU是泓格的I-7188E模塊，適用于高可靠性、PC兼容；緊湊而價格合理的嵌入式系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集和控制領(lǐng)域經(jīng)常使用。

I-7188系列控制器內(nèi)核為AMD的80188內(nèi)核，主頻為40 MHz。含有256 kB/512 kB的RAM以及256 kB的Flash。提供4個串口。如圖2，COM2為RS-485串口，直接采用COM2的485串口向總線傳輸數(shù)據(jù)?？紤]到模塊串口功能全且使用方便，程序下載及調(diào)試則通過COM4下載到ROM中運行。

圖2　I-7188E工作原理圖

1.2　終端模塊

終端模塊包括觸摸屏TPC7062KD、溫度采集模塊、角度采集模塊、開關(guān)量檢測集成板模塊。如圖3所示，各終端模塊采集到數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后經(jīng)RS232轉(zhuǎn)485電路將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?85總線上。

圖3終端模塊工作示意圖

TPC7062KD,是一套以嵌入式低功耗CPU為核心(ARM9，主頻400MHz)的高性能嵌入式一體化觸摸屏。7寸lcd屏，分辨率為800×480，觸摸屏有RS232串口，符合使用要求。操作系統(tǒng)為WindowsCE.NET.搭載MCGS軟件。在本系統(tǒng)中作為上位機，用來監(jiān)控現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

溫度采集模塊所用傳感器為DS18B20，其單總線的特點可以提高系統(tǒng)的抗干擾性，適用于在各種環(huán)境下進行溫濕度測量。如圖4所示，分別將傳感器的VDD、DQ、GND接至5V電壓，單片機的IO口、公共地。運行時，MCU通過GPIO從DS18B20的EEPROM中讀取溫度值。

圖4　DS18B20接線圖

本系統(tǒng)中，一共采用了6個溫度傳感器模塊，分別采集電機1、2、3和減速器1、2、3的溫度。

角度傳感器用的是SSA0070H2-V-B模塊，其量程為±70°,標(biāo)準(zhǔn)0.5～4.5 V電壓輸出,其工業(yè)級產(chǎn)品可工作溫度為-40℃～85℃。模塊中控制芯片采集到輸出電壓后，通過A/D芯片轉(zhuǎn)換成角度值通過串口輸送至總線。

開關(guān)量檢測集成板，用來檢測電壓值、相序保護開關(guān)、熱繼電器保護開關(guān)、限速保護開關(guān)、過載保護開關(guān)、上下限位開關(guān)、啟動按鈕開關(guān)開閉和安全銷的有無及制動工作距離是否超限。

2下位機模塊數(shù)據(jù)處理

主控I-7188E模塊通過485總線和其他設(shè)備進行通信，各子模塊定時將傾角值，溫度值，各開關(guān)狀態(tài)的值發(fā)送給主控模塊。收到信息后，主控模塊向執(zhí)行設(shè)備發(fā)出控制指令，同時將數(shù)據(jù)處理后發(fā)給TPC7062KD。數(shù)據(jù)處理如下：

發(fā)送傾角和溫度采用的字符串格式為：識別符(1位)+“<”(1位)+數(shù)據(jù)值(6位)，比如主控模塊從電機1模塊接受到的溫度為56.4℃，電機1的識別符為a，則發(fā)送的字符串為a<+56.40。

發(fā)送開關(guān)量采用的字符串格式為：識別符(1位)+數(shù)據(jù)值1(1位)+數(shù)據(jù)值2(1位)+數(shù)據(jù)值3(1位)，識別符為#。

系統(tǒng)開關(guān)量主要有三組，第一組：相序保護開關(guān)、熱繼電器保護開關(guān)、限速保護開關(guān)、過載保護開關(guān)、上下限位開關(guān)、啟動按鈕開關(guān)；第二組： 安全銷有無；第三組：前次工作制動距離是否超限。

其中，第一組六個開關(guān)量前者斷開，就會使順序靠后的開關(guān)失效的，所以數(shù)據(jù)值1的值指的順序靠前的先斷開的開關(guān)，比如，當(dāng)相序保護開關(guān)閉合、熱繼電器保護開關(guān)斷開時，數(shù)據(jù)值1的值為2。第二組數(shù)據(jù)中，如有安全銷時數(shù)據(jù)值2為1，否則為0。第三組數(shù)據(jù)中，前一組工作距離為超限時，數(shù)據(jù)值3為0，否則為1。

如相序保護開關(guān)未斷開而熱繼電器保護開關(guān)斷開，且有安全銷，前次工作制動距離超限，則發(fā)送的字符串為#211。

3MCGS的軟件功能實現(xiàn)

3.1　系統(tǒng)啟動預(yù)處理

在本系統(tǒng)中，MCGS模塊驅(qū)動中，沒有支持本MCU模塊的通訊協(xié)議，這里采用了自定義協(xié)議的方法實現(xiàn)了功能。485總線上接了多種模塊，它們與MCU模塊通過總線方式進行半雙工通信。

根據(jù)運行策略的不同作用和功能，MCGS嵌入版把運行策略啟動策略、退出策略、循環(huán)策略、用戶策略、報警策略、事情策略及熱鍵策略七種。每種策略都由一系列功能模塊組成。而運行策略窗口中系統(tǒng)固有的只有啟動策略、退出策略、循環(huán)策略三塊。

啟動策略在系統(tǒng)開始運行時自動被調(diào)用一次。對應(yīng)的，退出策略在退出系統(tǒng)時自動被調(diào)用一次。循環(huán)策略在運行時按照設(shè)定的時間循環(huán)運行。

首先進入系統(tǒng)時，先打開串口，設(shè)置串口相關(guān)參數(shù)：

1、!SetSerialBaud(1,9600)打開串口1，設(shè)置波特率為9600

2、!SetSerialDataBit(1,8)設(shè)置串口1的數(shù)據(jù)位為8位

3、!SetSerialStopBit(1,0)設(shè)置串口1的設(shè)置位為0位

4、!SetSerialParityBit(1,0) 設(shè)置串口1的檢驗位為無校驗。

項目中要求在啟動畫面停留3s再進入正常工作界面，這里計時采用了定時器的方式實現(xiàn)。

1、!TimerRun(1) 啟動定時器開始工作

2、!TimerReset(1,1)設(shè)置定時器的初始值為1

3、!TimerWaitFor(1,4);定時器堵塞在這里，直到定時器達到4s時才往下運行

4、!SetWindow(升降機安全狀態(tài),1) 打開“升降機安全狀態(tài)”窗口

5、!TimerStop(1)關(guān)閉定時器1在啟動策略里通過上述幾行打開定時器1，定時3 s后打開“升降機安全狀態(tài)窗口”。如圖5所示。

圖5　升降機安全狀態(tài)窗口

3.2　數(shù)據(jù)解析

進入系統(tǒng)后，MCGS軟件判斷串口緩沖區(qū)中有無數(shù)據(jù)，如無數(shù)據(jù)則退出。

MCGS函數(shù)中!GetSerialReadBufferSize(參數(shù)1)可檢查串口號為參數(shù)1的串口緩沖區(qū)中有幾個字符，因此在循環(huán)策略：“數(shù)據(jù)循環(huán)監(jiān)測”程序開始處加上：

IF !GetSerialReadBufferSize(1)<=0 THEN

EXIT

ENDIF

可以判斷緩沖區(qū)中有無數(shù)據(jù)，如沒有，則無需執(zhí)行下面的字符串解析的程序。等待下一次循環(huán)時間到，再進行判斷，這樣可大大降低了CPU資源的占用和功耗。

當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送到串口上時，系統(tǒng)解析字符串：

首先ReceiveStri=!ReadSerialStr (1)將串口1中讀得的字符串放入數(shù)據(jù)庫字符型變量ReceiveStri中。

下面是解析字符串:

IF !StrComp(!Mid(ReceiveStri,1,1),"a")=0 THEN

電機1溫度 = !Mid(ReceiveStri,3,6)

ENDIF

判斷字符串首字母是否為a，如是，則將字符串中的3到8位取出賦給數(shù)據(jù)庫中字符串變量“電機1溫度”。同理如圖6所示，當(dāng)為b、c、d、e、f、p、q、v，#時有各自對應(yīng)的解析。

圖6　字符串解析流程圖

3.3　警情判斷

每個值都有其上下限，當(dāng)其超過這個限值的時候，相應(yīng)的指示燈變紅報警，如需要判斷電機1溫度有沒有超標(biāo)，通過在循環(huán)策略里面加上代碼判斷“電機1溫度”(數(shù)據(jù)庫字符串變量之一)在上下限范圍即可。如：

IF !lVal(電機1溫度)>=電機1下限AND !lVal(電機1溫度)<=電機1上限THEN

電機1指示=1

ELSE

電機1指示=0

3.4　防斷電數(shù)據(jù)的保存

升降機工作場合條件惡劣，會發(fā)生供電不穩(wěn)定，斷電等現(xiàn)象。斷電時，很多重要的數(shù)據(jù)如傾角上下限，溫度上下限，設(shè)置頁面登陸密碼等會恢復(fù)到系統(tǒng)初始化狀態(tài)，這就需要做好數(shù)據(jù)保存工作。mcgs函數(shù)庫中提供了!SaveSingleDataInit()和!FlushDataInitValueToDisk()。

!SaveSingleDataInit()把數(shù)據(jù)對象的當(dāng)前值設(shè)置為初始值，!FlushDataInitValueToDisk()把!SaveSingleDataInit()設(shè)定的初始值寫入磁盤去，可以防止斷電而丟失數(shù)據(jù)。

在升降機項目中，建立了保存數(shù)據(jù)的循環(huán)策略：“數(shù)據(jù)保存”，用來實時保存一些重要的數(shù)據(jù)，循環(huán)時間設(shè)置為2s一次。一般情況即能保證要求。如：

!SaveSingleDataInit(登錄密碼)

!FlushDataInitValueToDisk()

可實現(xiàn)定時保存數(shù)據(jù)庫變量“登錄密碼”的值。

4結(jié)語

升降機監(jiān)控系統(tǒng)是個完整的項目工程，涉及內(nèi)容很多，本文主要論述了升降機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和MCGS觸摸屏在系統(tǒng)中關(guān)鍵功能的實現(xiàn)。市場上MCU模塊多種多樣，MCGS支持的驅(qū)動模塊有限，不可能全部涉及，通過自定義協(xié)議和RS232串口進行數(shù)據(jù)交互可作為一種比較靈活的解決辦法。

參考文獻:

[1] 馬國華. 監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2001.

[2] 孫忠偉,姜永成,張成龍,等. 基于MCGS組態(tài)軟件和PLC的糧食干燥控制系統(tǒng)[J]. 佳木斯大學(xué)學(xué)報，2011.

[3] 張小京，易志華. 基于GPRS的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 國外電子元器件，2007.

摘要：介紹了升降機監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)以及MCGS觸摸屏在系統(tǒng)中的應(yīng)用。下位機主控模塊用的是泓格I-7188E,通過485總線和各模塊進行數(shù)據(jù)傳遞。MCGS驅(qū)動程序里沒有I-7188E的驅(qū)動程序，文中采用了自定義協(xié)議的方式，讓主控模塊和MCGS通信。MCGS解析數(shù)據(jù)后，結(jié)合邏輯功能的設(shè)計，將相應(yīng)信息直接反饋在觸摸屏界面上。

關(guān)鍵詞：MCGS；升降機；I-7188E模塊

Research on Elevator Monitoring System Based on MCGS FAN Peng, ZHANG Xiang-tian, WANG Yun-long

(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)

Abstract:This paper introduces the hardware structure of elevator monitoring system and the application of MCGS touch screen this system. The main control module of the lower computer is Hon I-7188E, which transfers data with other modules through 485 buses. In MCGS drivers diagram, there is no corresponding one to I-7188E, thus via the method of the custom protocol, the MCU module can be communicated with the MCGS touch screen. Accompanied by the design of logical function, when the data is parsed, useful information can be directly showed on the screen.

Keywords:MCGS; elevator; I-7188E module

中圖分類號：TP277.2

文獻標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)02-0203-03

作者簡介：范鵬(1986-)，男，江蘇興化人，碩士研究生，研究方向為嵌入式系統(tǒng)的硬件與軟件應(yīng)用開發(fā)。