1、遠程自動監測系統的研究與開發摘  要：介紹了以可編程控制器(PLC)為核心的遠程自動監測系統的研究及相關設計；分析了微機與MODEM間速度匹配的實現、數據通訊設計；討論了方案實施時的系統抗干擾問題。 關鍵詞：遠程；通訊；PLC；監測 一、遠程實現上位PC與下位PLC間的聯系 遠程水質、空氣質量自動系統能對遠程監測點進行實時監測。由于這種系統要經受通訊干擾、高溫等的影響，其工作條件十分惡劣，加上分機較多，有的又相距較遠，所以對整個系統的穩定性、可靠性和抗干擾能力都有較高的要求，特別是對其相互通道的可靠性、準確性要求更高。 在分布式數據采集與監測系統中，往往需要將距控制中心幾千米甚至數百

2、千米以外的下位機采集到的在線數據實時地送給上位控制中心。這對于一般的計算機串行通訊口來說是無法完成的，必須采取模擬載波傳輸方式或者采用微波和衛星等無線傳輸方式，但從投資費用及性能價格比來看，大多數還是采用模擬載波傳輸方式，也就是說，通訊雙方須各接入一個專用設備調制解調器(MODEM)，它將PLC送來的數字信號調制成模擬信號在電話線上傳輸，并在接收端將模擬信號還原成數字信號。 系統是以PLC為核心、可脫機的電話通訊的方式實現的。在該系統中，一方面，下位機的數據采集終端必須要將采集到的各種在線數據準確、可靠、迅速地送到上位微機控制中心；另一方面，控制上位機的控制命令和調度命令必須準確無誤地下發到各

3、下位機。而完成這兩方面功能的關鍵在于數據通訊。 一般來說監測設備和控制中心相距較近，可直接通過RS232接口或RS422接口進行數據通訊；當它們相距較遠時，可以輔設專用的通訊信道，采用異步MODEM專線傳輸方式進行數據通訊。如果距離在幾千米甚至上萬米以上時，只得借助于公用電話網(PSTN)采用異步MODE撥號方式進行數據通訊。 以PLC為核心的計算機通信系統需要考慮的問題主要是硬件配置。通訊協議的選取及實現、特定操作系統下通訊程序的編制等。 該系統結構，如圖1所示。 圖1系統結構圖 上位機以特定的通訊協議與下位機傳送信息、 由上位機進行數據處理，以Koyo SZ-4的 PLC 為例，通訊協議采

4、用CCM協議，方法如圖2示。 圖2通訊方法 二、遠程數據通訊的設計與實現 在計算機通訊領域中MODEM主要是用以延伸計算機數字信號傳輸的距離。MOEDM將計算機送來的數字信號調制成載波信號(模擬信號)，調制后的載波信號通過通訊信道送到控制中心，由上位MODEM將接收到的載波信號解調成數字信號，最后送給計算機處理。在上位PC和下位PLC之間要進行正常的數據通訊，必須首先建立通訊信道。如果PC-PLC之間距離較遠時，鋪設專用的通訊信道是不可能的，因此須借助公用電話網通過電話線路采用自動撥號的方式進行通訊，但線路會常常出現異常中斷的現象，通訊的可靠性較差。而一般的通訊軟件中難以切換線路，針對這種遠程

5、通訊中存在的各種問題，并結合課題研究，成功地開發了一套通用的基于異步MODEM自動撥號方式的遠程通訊軟件模塊，其應用程序可方便靈活地調用。如圖3示。 圖3通訊模塊流程圖 對于遠程數據通訊系統來說，由于底層通訊模塊提供了線路狀態的實時監測及自動重連的功能，能在線路連通期間實時監測線路狀態，一旦發現線路異常中斷，即可自動撥號進行重新連線，從而大大地提高了遠程通訊系統的可靠性和靈活性。 由于應用了底層通訊模塊（即線路狀態監測和線路控制應用程序接口）開發基于異步MOEDM的遠程數據(包括實時信息和非實時信息)通信軟件，很好地完成了該系統中的數據自動通訊功能。  三、監測系統 SZ4系列的PL

6、C在監測系統中利用各種數字量及模擬量模塊完成實時數據采樣、預警報信號檢測與報警輸出等，并通過各種變送器與現場的傳感器連接。PLC的各種優點對一個監測系統是重要的，但PLC作為一種控制設備，用它單獨構成一個監測系統是有局限性的，主要是無法進行復雜運算、無法顯示各種復雜的實時圖形和保存大量數據，也較難顯示漢字，沒有良好的用戶界面。這些不足可用上位微機來彌補。 上位機監測應用軟件的編程選用C語言，同時可選擇相應的數據庫系統，對系統的歷史數據進行處理。 下位機PLC采用梯形圖來編制程序。下位PLC軟件用來實現數據采集及聲光報警輸出等。 數據通訊模塊完成PLC與微機間數據和命令的傳遞，并利用程序將得到的

7、數據按系統要求的格式轉換成各種變量。 在硬件配置與安裝上，系統交流電源使用雙層隔離，輸入信號光電隔離，提高信號噪聲比，遠離強電布線，模擬量信號和數字信號采用屏蔽線傳送，采用可靠接地等措施，有效地消除或減弱了外界信號干擾。 在軟件設計與編程上，加上一些抗干擾模塊，如采用軟件濾波技術，對一些重要模擬量參數進行延時判定，并進一步確認報警；在下位機通訊軟件設計中采用多種校驗措施，大大提高了系統的抗干擾性能。 四、結論 通過調制解調器進行遠程數據通訊的結構是合理的，系統總體方案是可行的。由于通訊模塊獨立，給系統的通用性和可擴充性創造了有利條件。采用PLC為核心的遠程自動監測系統，具有可靠性好、抗干擾能力

8、強、數據獲取準確，以及通訊過程控制方便等特點，經實際使用，效果良好。同時，采用本方法設計的通訊程序可移植性好、維護和擴充方便，對同類系統的設計與實現有一定的啟發。（問答部分）1、 數據通信是以傳輸數據為業務的一種通信方式，是計算機和通信相結合的產物，是計算機與計算機，計算機與終端以及終端與終端之間的通信，數據通信是按照某種協議連接信息處理裝置和數據傳輸裝置，進行數據傳輸及處理的。2、 數據通信具有以下特點：（1） 數據通信是人-機或機-機通信，計算機直接參與通信是數據通信的重要特征。（2） 數據傳輸對準確性和可靠性要求高。（3） 傳輸速率高，要求接續和傳輸響應快。（4） 通信持續時間差異大。3

9、、調制解調工作原理：現有的電話線是為傳輸話音而設計的，不適于直接傳輸數字脈沖信號。為了利用現有電話網進行數據傳輸，需要先將數字信號轉換為模擬信號。為此，選取音頻范圍某一頻率的正（余）弦模擬信號作為載波，用以運載索要傳送的數字信號，其方法是：用要傳送的數字信號改變載波的幅值（調幅載波）、頻率（調頻載波）、或相位（調相載波），然后在信道上傳送，到達信道的另一端，再將數字信號從載波上取出。我們稱將數字信號放到載波上去的過程稱為調制，而從載波上取出信號的過程稱為解調。4、作用：進行信號變換，將數據信號變換成與模擬信道傳輸特性相匹配的信號形式，但數據信息仍包含在其中，接收端將它還原為與發送端相一致的數據

10、信號形式。調制解調器除了實現信號變換外，還要采取適當的技術對抗由于信道特性不佳和各種干擾給傳輸質量帶來的影響，不同的信道特性，需要采用不同的調制解調技術。5、工作過程：（1） 呼叫連通過程： 主叫摘機，撥叫對方電話號碼。撥號命令發出后，MODEM 將監視電話線路，并將收到的回鈴音或忙音通知計算機， 計算機同時將線路情況顯示在屏幕上。 被叫MODEM收到主叫MODEM的呼叫振鈴后，做出反應，然后進入下一步的握手狀態。（2） 處于應答方式的MODEM在摘機后發出應答音，處于主叫方式的MODEM在收到應答音后，將根據所采用的協議及波特率發送自己的握手信號，也就是自己的載波信號。這個信號用來與應答方確

11、定共同遵循的通信協議和數據傳輸速率。應答方MODEM響應主叫方MODEM后，啟動載波信號檢測裝置，檢測到對方有效的載波后，告訴計算機它已經握手成功。至此，完成了雙方的握手工作，數據鏈路成功建立，通信雙方便可以交換信息了。6、數據通信與傳統的電話通信的區別：（1） 數據通信是實現計算機和計算機之間以及人和計算機之間的通信，而電話通信是實現人和人之間的通信。（2） 數據通信傳輸的可靠性要求高，而傳統的電話通信則對誤碼率沒有很高的要求。（3） 數據通信的"用戶"是各種各樣的計算機和終端設備，它們在通信速率、編碼格式、同步方式和通信規程方面都會有很大的差異，所以數據通信網應當提供足

12、夠靈活的接口能力，適應各種用戶的需要。而傳統的電話通信的接口比較單一，而且"用戶"一般就是實際中的人。7、數據鏈路的通信操作規程稱為數據鏈路控制規程，它在已經形成的物理電路上建立起相對無差錯的邏輯鏈路，以便在DTE與網路之間，DTE與DTE之間有效可靠的傳送數據信息。8、數據鏈路控制規程有以下功能：幀同步、差錯控制、順序控制、透明性、線路控制、流量控制、超時處理、特殊情況、啟動控制、異常狀態的恢復等。9、經濟有效地使用通信線路的方法是組合多個低速的數據終端共同使用一條高速的線路，這種方法叫做多路復用。按照復用方式的不同多路復用技術基本分為兩類：頻分多路復用和時分多路復用。1

13、0、頻分多路復用就是將具有一定帶寬的線路劃分為若干條占有較小帶寬的子信道，每條子信道供一個用戶使用，各條信道的中心頻率不相重合，且保留一定的距離。當該信道沒有數據傳輸時，其他的用戶不能使用，此時，子通道保持空閑狀態。11、時分多路復用就是把時間劃分為若干個時間段（時隙），每個用戶分得一時間段，該用戶只有在分配的時間段里向線路發送信息和接受信息，當在分配的時間內用戶沒有信息要傳輸時，這段時間不能由其他用戶使用，而保持為空閑狀態。在其占用的時間段內，該用戶可使用信道的全部帶寬。12、統計時分復用是一種根據用戶實際需要動態分配線路資源的時分復用方法。只有當用戶有數據要傳輸時才給他分配線路資源，當用戶

14、暫停發送數據時，不給他分配線路資源，線路的傳輸能力可以被其他用戶使用。采用統計時分復用時，每個用戶的數據傳輸速率可以高于平均速率，最高可達到線路總的傳輸能力。13、電路交換方式的優點：（1） 傳輸時延小。（2） 電路是"透明"的，發送端用戶送出的信息通過電路連接毫無限制地被傳送到接收端。（3） 信息傳送的吞吐量大，可以根據信息量的大小選擇所需要的傳輸速率的信道。缺點：占用固定的帶寬，網絡資源利用率低。14、分組交換方式的優點：（1） 傳輸質量高。（2） 可靠性高。（3） 為不同種類的終端相互通信提供方便。（4） 實現多路通信。（5） 經濟性好，電路利用率高，使用費用低。缺點

15、：由于采用存儲轉發方式，傳輸時延大，實時性差；設備投資大。15、幀方式交換的優點：（1） 將分組節點間的重發、流量控制來糾正差錯和防止擁塞的處理過程進行簡化，從而有效利用高速數字傳輸信道。（2） 可靠性高。（3） 為不同種類的終端相互通信提供方便。（4） 實現多路通信。（5） 經濟性好，電路利用率高，使用費用低。（6） 幀方式是一種快速分組技術，它適用于處理突發性信息和可變長度幀的信息，特別適用于局域網互聯。16、信元方式交換的優點：（1） 信元方式是一種快速分組技術，綜合了電路交換和分組交換的優點；（2） 它適用于各種類型信息的傳輸，是提供綜合業務的網絡技術基礎。17、基帶傳輸的定義：電信號

16、所固有的基本頻帶稱為基帶。數字信號的基本頻帶是從0到若干兆赫，由傳輸速率決定。當利用數據傳輸系統直接傳送基帶信號，不經頻譜搬移時，則稱為基帶傳輸。18、把二進制信號（數字信號）進行調制交換，成為能在公用電話網中傳輸的音頻信號（模擬信號），將音頻信號在傳輸介質中傳送到接收端后，再由調制解調器將該音頻信號解調變換為原來的二進制電信號，這種把數字信號經過調制后再傳送，到接收端后又經過解調還原成原來信號的傳輸，稱為頻帶傳輸。19、數據終端設備的功能（1） 輸入/輸出功能（2） 傳輸控制功能（3） 某些數據的處理功能20、自由方式和可控制方式兩種。21、分組式終端和非分組式終端同步終端和異步終端本地終端和遠程終端22、信源和信宿：信源就是數據源，是發出待傳送信息的設備；情宿就是數據宿，是接收傳輸信息的設備。信源和信宿設備都是計算機或數據終端設備。23、目的：是為了增加網絡的可用性，這是用戶對網絡的最基本的要求。24、測試可分為四類，即：信道測試數據電路測試規程測試網絡性能測試25、信道測試通常是指由傳輸設備提供的信道的測試。構成信道的線路泛指各種通信實體，如明線、電纜、光纜、微波、衛星等。26、數據電路測試通常是指對調制解調器（或其他信號變換設備）提供的數據傳輸通路的測試。27、規程測試指