远程控制的高铁桥梁监测系统
2020-02-08
来源:步旅网
量 麦旦 doi:10.3969/j.issn.1671—1041.2012.01.011 日 遮过 星日 远程控制的高铁桥梁 监测系 统 那贺,王孝良 (大连理工大学电子信息与电气工程学部,大连1 16024) 摘要:目前。高铁桥梁正在广泛的建造之中。为确保高铁全线的安全运行。可在桥梁上安置一个搭载图像信息采集工具的可 远端操控的小车。对桥梁进行周期性图像采集与分析。本文介绍了一种该小车的设计方法,实现了通过3G网络对小车的远 端控制。以及对小车运行状态的实时反馈。并可通过3G网络安全传输大量的现场图像采集数据。本文介绍了由c++编写 的程序读写西门子¥7300系列PLC内部寄存器值的方法,通过3G路由器走GPRS网络实现远程两端计算机的Modb- usTcp通讯协议下的无线控制指令的传输,以及在不稳定网络状态下实现大文件拆解传输。断点续传的方法。 关键词:控制理论与控制工程;PLC;Prodave;VC++;Socket;ModbusTcp 中图分类号:.I .311 文献标志码:A The remote control of the monitoring system of the high speed railway bridge NA He.WANG Xiao.1iang (Dalian University of Technology Electronic Information and Electircal Engineering Division,Dalian 1 1 6024,China) Abstract:At present,the high speed rail is extensive built.For the safety of its operation,we set a car on the bridge. With this car,we can detect the safety of the bridge periodicity.Take advantage of the 3 G net,we can control the car re- motely.we can get the information of the cars running status at the real time and we can get the pictures back fr0m the car when we want.The PLC used in the industrial field IS always real-time monitored by Configuration software.easy and intuitive.In this paper.we introduce a method to read out values from¥7300 Siemens PLCS internal registers and write values into¥73O0 Siemens PLCS internal registers.With the GPRS internet supplied by a 3G router.we can transmit the control orders between two long-range computers under the protocoI Of modbustcp.When the network is unstable.how we can transpo ̄large files and how we can go on sending the data fr0m the breakpoint where the net is disconnected. Key words:control theo ̄and control engineering;PLC;prodave;VC+ ;socket;ModbusTcp 机中式没有办法处理的,必须先将模拟信号通过AD 转换模块转换为数字信号。本系统中使用s3c2440 参考文献 [1]王黎明,陈双桥,闫晓玲.ARM9嵌入式系统开发与 集成的AD模块采集传感器传回的信息。 6结束语 本项目完成如下内容:完成嵌入式Linux内核的 裁剪与移植,制作专用的文件系统,经过硬件和软件 系统的综合调试,Linux系统运行正常;并将摄像头驱 动程序移植至监控平台,客户端软件能够实时查看视 实践[M].北京:航空航天大学出版社,2008. [2]熊茂华,杨振伦.ARM9嵌入式系统设计与开发应用 [M].北京:清华大学出版社,2008. [3]程昌南,方强.ARM Linux入门与实践[M].北京:航 空航天大学出版社,2008. [4]李新峰,何广生,赵秀文.基于ARM9的嵌入式Linux 开发技术[M].北京:电子工业出版社,2008. 频信息;同时编写了PWM驱动程序用于控制摄像头 的转向,AD驱动程序用于采集传感器信号;在此基 础上把监控平台搭载在模型车上,通过无线路由器接 入互联网实现数据的传输,并且在客户端能够控制平 台在监控区移动。 [5]吴岳.Linux C程序设计大全[M].北京:清华大学 出版社,2009. [6][韩]俞永昌.Linux设备驱动开发技术及应用[M]. 北京:人民邮电出版社,2008. [7]鸟哥.鸟哥的Linux私房菜基础学习篇[M].北京: 人民邮电出版社,2007. 作者简介:赵书朵(1982一),女,硕士研究生,助教,从事应用电 在此基础上可以多加入一些传感器用于探测环 境参数,并在监控软件上加入报警功能,还可以增加 短信收发模块可以让用户使用手机获取监控信息与 控制平台,甚至可以以此为基础完成多功能视频会议 系统的开发。口 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 子技术方向;陈云生,男,实验员,从事自动化技术;魏微宇, 男,本科,专业:电子信息科学与技术。 基金项目:西南石油大学校级科技基金项目,编号:215。 收稿日期:2011.10.19 ElC VOI.19 2012 No.1 33 口科研设计成果口 O 引言 高速铁路由于铺架在桥梁上并且运行时速度很 快,所以从安全的角度考虑保证其运行的桥梁稳固是 至关重要的。为能实现远端的桥梁监测,利用一个运 行在桥上,并可由远端监控中心控制的小车,采集现 场图像信息并保存在指定的文件夹中并传回给监控 中心。小车上载有工控机,3G无线路由器,PLC,图 像采集设备,通过工控机上运行的c++程序以及上 述装置组成了这个可实现远端的控制和数据采集与 传回的系统。 1小车与监控中心的通讯 1.1 Socket简介 Socket的出现使程序员可以很方便的访问TCP/ IP,从而开发各种网络应用程序 J。在应用Socket进 行通信时,首先要设置通信模式,此项目中使用的是 基于TCP协议实现的流式套接字。同时,编程人员 可以设置Socket的阻塞时间。例如在接收数据时,如 果没有设置阻塞时间,接收函数不收到数据不能继续 向下执行,而如果设置了阻塞时间,接收函数就算没 有受到任何数据也会继续向下执行,而具体是哪种情 况,可以通过接收函数的返回值来判断,返回的值就 是接收方所收到的数据长度,如返回的值为负值,说 明发送或接收的一方把Socket关断了,而网络断了, 返回值为零 。 1.2小车对监控中心命令的接收与解析 小车的通信接口为无线3G网络,所以小车没有 固定的IP,故监控中心是搜寻不到小车的,然而,处 于有线网络的监控中心是有固定IP的,假如监控中 心的IP不是公网IP,依旧可以通过端口映射将上一 层拥有公网IP的计算机的指定端口映射到监控中心 原来设定好的通信端口以进行通信。监控中心发给 小车的命令采用ModbusTcp协议,小车接收命令的具 体流程见图1。 图1小车接收监控中心命令 34 ElC Vo1.19 2012 No.1 2监控中心对小车运行控制的实现 2.1 VC程序与PLC之间的通讯 该项目中是通过一个ETH—MPI转换器连接上 位机和PLC,ETH—MPI转换器有一个RJ45接口和 一个MPI接口,分别接到上位机和PLC两端,由此 构成了上位机和PLC物理上的连通。ETH.MPI转 换器有自己的IP地址,它和上位机实际上相当于组 建了一个局域网络,上位机连接转换器的网卡的IP 要改成与转换器为一个网段的IP地址。转换器由 PLC供电,在上位机中可以访问转化器的界面,并 获得或修改转换模块的IP地址,通讯的波特率等等 信息 。 上位机上安装西门子的Step7 V5.4软件,在选 项中设置PG/PC接口,选择为TCP/IP通讯模式,点 击可访问节点即可,开发人员可以通过Step7 V5.4 对PLC进行操作。但是这个项目中的要求是向在没 有人的小车上发送一个命令,小车接收到命令后,不 能通过西门子的Step7 V5.4软件自动改写PLC中某 个数据块寄存器的值H J。 Prodave是西门子公司推出的专门用于西门子 PLC与PC进行数据交换处理的软件包。西门子提 供了一个动态链接库Prodave6.dll,和一个lib文件 prodave6.1ib,以及一个头文件Prodave6.h。在Pro— dave6.dll文件中集成了数据交换的函数。所以编 程人员可以通过编写的C++程序中调用动态链接 库中写好的函数来操作PLC。其操作方法大致 如下 : 1)将已提供的Prodave6.dll,prodave6.1ib,Pro- dave6.h三个文件复制到该工程所在的文件夹目 录下。 2)打开工程,在程序中包含Prodave6.h头文件, 声明动态链接库中包含的所有函数,也通过头文件中 的宏定义解决了由于编译器不同而导致的导出函数 名字变化的问题。 3)在Project选项中选择Settings项,点击打开 Project Settings对话框,点击对话框中的Link选项 卡,卡下有一项Object/Library modules,在该项空白 处输入Prodave.1ib。这样在程序中就加载了该动态 链接库,开发人员可以随意调用Prodave6.dU内包含 的函数了。 Prodave中PLC的操作函数很齐全,能实现改写 PLC中各种寄存器值的操作,这里主要介绍3个函数 如下 引: 欢迎光临本刊网站http://www.eic.com.c[3 仪器仪表用户 1)加载链接函数LoadConnection—ex6(int ConNr .口科研设计成果口 Prodave中包含了很多关于PLC操作的函数,但 基本与上述类似,在此不再赘述。 2.2监控中心对小车的运行控制 char%pAccessPoint,int ConTableLen,CONTABLE ——TYPE pConTable),这个函数的主要功能是实现 为0,其各个参数的意思分别为:ConNr表示连接数 目,取值范围为0到63,一般取用0,1,2,不要太大。 程序与PLC之间的连接。若执行成功函数的返回值 监控中心给小车发送命令,小车上的C++程序 收到并解析命令后,可以相应的修改PLC寄存器值, 再通过PLC上运行的程序,就实现了对PLC输出的 控制,也相应实现了对小车前进,后退,刹车等一系列 操作的控制。这样,监控人员就可以在监控中心中远 程操控小车了。 pAccessPoint为使用驱动程序的接入点,若为MPI驱 动,则固定为”S7OnLine”,这是一个协议。ConT- ableLen是待连接PLC地址属性表的长度,该项目中 使用的是IL145口,固定为9。pConTable是指向待连 接PLC地址属性表的指针,PLC地址属性表是一个 结构体,在这个结构体内部存放了PLC的各种信息, 若填写错误,加载链接函数不会成功,所以正确填写 PLC地址属性表很关键。以上内容设置好后,就可以 调用函数来加载链接PLC了。 2)读PLC内部数据块寄存器值函数db—read— ex6(unsigned short BlkNr,unsinged char DatType, unsinged short StartNr,unsinged long Amount,un- signed long BufLen,unsigned char pReadBuffer,un— signed long pDatLen),其中BlkNr表示数据块号、 DatType表示要读取的数据类型,0x02表示为BYTE, Ox04表示为WORD,Ox06表示为DWORD,StartNr表 示起始地址号,既从哪个寄存器开始读取、Amount表 示需要读取寄存器的数量、BufLen为读取数据所占 的缓冲区长度(字节为单位)、pReadBuffer为要接收 数据的缓冲区、pDatLen表示为接收数据缓冲区的长 度。通过这个函数就可以把PLC的DB块的数据读 取到定义的数组中来,若函数执行成功返回1,不成 功,返回0。 3)修改PLC内部数据块寄存器值函数db_write— ex6(unsinged short BlkNr,unsigned char DatType, unsig ned short StartNr,unsinged long Amount,un— singed long BufLen,unsigned char pWriteBuffer), 其中BlkNr表示数据块号、DatType表示要读取的数 据类型,Ox02表示为BYTE,0x04表示为WORD, 0x06表示为DWORD,StartNr表示起始地址号,既从 哪个寄存器开始修改、Amount表示需要修改寄存器 的数量、BufLen为要修改数据所占的缓冲区长度(字 节为单位)、pReadBuffer为存放修改数据的缓冲区。 通过这个函数,就可以把修改数据的缓冲区pRead. Buffer中存放的数据写进PLC的DB块的相应寄存器 中,并替换了原来的寄存器值,同样若函数执行成功 返回l,不成功,返回0。 欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息 3小车所采集数据的传回 小车采集的数据般为大量的图像文件,采集后将 文件打成压缩包格式,再传回监控中心。要注意以下 三点: 1)压缩包格式的文件依然很大,回传时还要将 文件拆解成一个个小包,小包通过Socket传回给监控 中心,Socket函数所发送的都是内存中的数据,所以 首先要开辟一块内存,将小包文件读到这块内存中, 然后再将这块内存中的数据发送回监控中心,全部完 成后再由监控中心组合回原压缩包。 2)此项目中采用的是无线网络,速度不是很快, 若所设定小包的大小过大,可能造成要求传输的时间 过长,在设定的阻塞时间内没有发完,接收方则认定 为网络中断,这样数据就丢失了。通过实验得出设定 的单个包的大小最好在10k以内。 3)实际应用所在的环境多为野外,一定会有网 络的盲点,遇到盲点时网络会产生中断,所以要考虑 到重连后要可以找到断点,然后续传,否则由于压缩 包文件很大,重新传输浪费大量的时间,也有可能网 络盲点很多,造成一直传不回来的结果 。发送数 据方在发送过程中也采用应答模式,每发送一个包后 要等待监控中心返回一个指令,若收到则继续发送下 一个包,若在阻塞时间内没有收到,则认定网络中断, 对监控中心进行重新连接,重新连接完成后,先向监 控中心发送一个续传指令,告知监控中心此包是续传 包,不是一个新的压缩包文件,接到监控中心返回后 重新传送没有收到返回的包,成功后再继续发送下一 个包。这样要向监控中心发送一个新的压缩包是也 要有一个新建指令,这样监控中心才能分辨出来,将 他们存放到正确的位置。图像传输的具体流程,见 图2。 通过上述流程,此项目就完成了小车所采集数据 的传回。 EIC VOI.19 2012 NO.1 35 旦 过盛墨日 量 麦旦 doi:10.3969/j.issn.1671・1041.2012.01.012 基于PLC技术的大功率半导体激光治疗仪 曹军胜 (中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033) 摘要:介绍了一种以小型PLC为控制核心的大功率半导体激光治疗仪。该治疗仪采用单管激光器光纤耦合技术设计了波 长为808rim、输出功率30W的激光器模块,采用恒流充电技术设计了高效激光器驱动电路,整机具有散热好、低功耗和高可 靠性等优点。 关键词:激光治疗仪;PLC;光纤耦合 中图分类号:TN24 文献标志码:A High-power semiconductor laser therapeutic apparatus based on PLC technology CA0 Jun.sheng (Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China) Abstract:A type of high power semiconductor laser therapeutic apparatus,using PLC as its controller,is introduced. The light source of the therapeutic apparatus is a 30W module of 808nm,designed with fiber coupling technology.An effi- cient laser driver circuit is designed using constant current charging technology.The machine has good heat dissipation, low power consumption,high reliability,etc.. Key words:laser therapeutic apparatus;PLC;fiber coupling 监测,并通过小车远端传输回来的图像文件,专业技术 人员可以分析高铁运行桥梁的安全性和稳固性。口 参考文献 [1]潘锦平,施小英,姚天方.软件系统开发技术[M].成 都:电子科技大学出版社,1999. [2]孙鑫.VC++深入详解[M].北京:电子工业出版 社,2006. [3]西门子公司.PRODAVE MPI/IE V6.0 Manual[M]. 德国:西门子公司,2005. [4]黄延延,林跃,于海滨,等.软PLC技术研究及实现 [J].计算机工程,2004,(1):4345,51. [5]候俊杰.深入浅出MFC[M].武汉:华中科技大学出 版社,2001. 图2 图像文件的传输的具体流程 4结论 经由上述工作,本文简述了动态链接库,通信函 数Socket,Prodave软件包,西门子S7300PLC的有关 内容,讨论了动态链接库的使用方法,不稳定网络下 [6]胡良龙,胡志超,高刚华,等.基于PLC的种子包衣 机自动控制系统设计与实现[J].农业工程学报, 2007,(8):18—20,23. [7]马皓,韩思亮.电力电子设备远程监控与故障诊断 系统设计[J].电力系统自动化,2005,(2):33— 35.38. C+十程序两端传送大文件包的一种方法,通过c+ +编写程序可以读写西门子PLC内部的寄存器值, 实现了对小车的远端控制和小车运行中实时数据的 作者简介:那贺(1986.),男,硕士研究生,从事软件研究与开 发;王孝良,男,副教授,从事于自动化技术。 收稿日期:2011—10-22 36 EIC VO1.19 2012 N0.1 欢迎光临本刊网站http://www.eic.com.cn