串行通信技術在自動化監控系統中的應用研究

鄭勇彬

（第八采油廠規劃設計研究所儀表管理室，黑龍江 大慶 163000）

當前，自動化監控系統在實際應用中存在運行效率低、通信傳輸連續性差的問題。因此，針對上述問題，本文結合串行通信技術，開展對自動化監控系統的設計研究。

1 基于串行通信技術的自動化監控系統硬件設計

1.1 系統硬件結構組成

本文基于串行通信技術的自動化監控系統硬件結構主要包含PLC 可編程邏輯控制裝置、自動化監測用傳感器以及其他相關系統運行支撐裝置。實際應用過程中，根據應用需要，還可增設相應的現地觸控屏裝置。考慮到當前大部分企業中的技術薄弱以及資源短缺問題，本文在設計硬件時，不直接引入傳統觸控屏設備，而是通過引入PLC 可編程邏輯控制裝置實現對系統的顯示。通過對系統中各硬件的信號輸入以及采集現場開關等需求量進行計算對PLC 可編程邏輯控制裝置提出相應的要求：在本文系統實際運行過程中，應當確保系統中保留20%～30%的冗余量。

1.2 可編程邏輯控制器選型

根據上述硬件結構設計需要，本文選用型號為PLC FPSG188 的可編程控制器，該型號可編程邏輯控制裝置在實際應用過程中具有運行速度快、容量大、可擴展性強等優勢，同時，FP-SG188 型號控制器中還含有高配置USB 端口，并且在實際運行時能夠保證更強的抗干擾能力。本文系統中的可編程邏輯控制器的控制信號傳輸，采用串行通信技術完成，因此，在控制器中還需要添加CP 芯片模塊。本文采用CP4500-18 型號的CP 芯片。根據本文系統設計要求，選擇4個模擬量輸入輸出擴展模塊，共5 路模擬量輸入點。對于系統中的其他相關硬件設備選擇，應當根據系統實際運行需要，在確保系統其他綜合運行能力的基礎上選擇帶有一定測控功能的硬件裝置類型。

2 基于串行通信技術的自動化監控系統軟件設計

2.1 基于串行通信技術的運行數據自動化采集與傳輸

串行通信初始設置功能包括設置定時器方式、設置串行方式、分配初始值和外部中斷觸發模式。單片機初始程序如下。

通過STC89C52 單片機，使其P3.0 端口和P3.1 端口可以正常通信。若通過PC 機將數據發送到單片機時，那么，串行中斷標志RI 在接受停止位的過程中，硬件會自動設置。若需取消中斷，軟件必須在下次接收時重置RI。單片機在接收數據后，對其進行處理比較和響應計算。由于串行中斷的傳送速度快，若接收中斷時，必須返回等待，才能再次中斷。在本文設計的基于串行通信技術的自動化監控系統中，針對數據的采集和傳輸，應當保證其自動化標準，基于串行通信技術對各類被監控對象在實際運行過程中產生的參數、狀態等內容進行實時監測，并將可能存在異常或故障問題產生的參數以報表的形式輸出。同時，根據需要，將本文系統需要進行自動化采集的參數類型設置為開關量、數碼量以及模擬量等。

首先，開關量是指在被監控對象出現問題時，本文系統需要通過中斷的方式，給出標準響應，在輸入開關量時，應當按照事件發生的具體順序進行記錄。

其次，系統中的模擬量可通過循環的方式，實現對參數的自動化采集，并將其實際表達內容按照不同的監控對象進行劃分。最后，數碼量可通過系統中包含的多個開關完成數據自動采集，并以二進制的形式進行轉化。

2.2 上位機監控設計

本文基于串行通信技術的自動化監控系統為實現對被監測對象的狀態信息顯示，還需要對其進行上位機監控設計。針對不同的故障類型，劃分為兩個不同部分：一是，被監控對象是否存在偏離正常運行軌道問題。針對這種故障類型，可由被監控對象的具體工作環境和條件進行判斷。針對這一類型故障通過在系統當中設置被監控對象的不同參數，對其進行調節。二是，被監控對象功能是否失效判斷。這種故障類型出現后，被監控對象會出現持續性的偏離正常運行功能參數現象，因此，對這一故障問題可通過系統對其是否存在常規零部件失效導致進行判斷。

除此之外，當被監控對象出現故障時，還會存在一種特殊的電流異常現象，針對該現象的參數變化情況，可通過測量其基波的磁動勢的方式計算得出，其計算公式為：

式中，K 表示為被監控對象在實際運行過程中產生的基波磁動勢；t 表示為被監控對象相關系數；x 表示為被監控對象定子繞組的匝數；L 表示為定子運行過程中的電流；α 表示為電網角頻率大小；χ表示為運行初相角。

通過對基波磁動勢計算，根據被監控對象在一般運行過程中的實際情況，設定參數變化范圍，當其超出設定范圍時，則系統可默認其出現了故障問題，并根據參數的具體變化情況分析具體故障原因。

3 實驗論證分析

為驗證本文提出的基于串行通信技術的自動化監控系統實際應用效果，使用該系統和傳統監控系統對某生產企業中相同的運行設備進行監控。為保證實驗結果的客觀性，兩種系統均采用相同的運行服務器，網卡要求均在1200M 以上。完成監控任務后，對比兩種系統監控信號的通信傳輸效果，如表1 所示。

表1 兩種監控系統通信傳輸效果對比表

由表1 可以看出，本文結合串行通信技術后的自動化監控系統與傳統監控系統相比可實現對更多監控數據的傳輸，進一步提升監控系統的運行效率。

4 結語

為了實現監控系統的自動化功能，本文基于串行通信技術的應用，分別從硬件設備與軟件功能展開分析，對自動化監控系統進行了設計與研究。同時，提出對比實驗，將本文設計的系統與傳統系統進行功能性對比，經檢驗，本文設計的系統在實際應用中對數據的傳輸行為效率更高，可滿足自動化監控的需求，更具備投入市場價值。