貝 巖，張樹明

(1.渤海大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121000; 2.渤海大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

0 引 言

在城市中，自來水水源地機(jī)泵的可靠、安全和高效運(yùn)行，對(duì)水源地的運(yùn)行管理和維護(hù)至關(guān)重要。由于水源地機(jī)泵分布點(diǎn)多而且距離較遠(yuǎn)，不能及時(shí)掌握機(jī)泵的狀態(tài)，特別是對(duì)水泵的啟、?？刂?，當(dāng)出現(xiàn)事故時(shí)不能迅速處理，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電機(jī)受損等現(xiàn)象，不僅城市供水出現(xiàn)問題，而且造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此對(duì)水源地機(jī)泵進(jìn)行監(jiān)控已成為必須解決的問題。

iCAN 系統(tǒng)全稱為“工業(yè)CAN-bus 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)(Industry CAN-bus Fieldbus Control System)”，核心是iCAN 協(xié)議，iCAN 協(xié)議(Industrial CAN Protocol)是基于現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-bus的應(yīng)用層協(xié)議［1］。CANbus(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，CAN-bus是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。作為一種技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、功能完善、成本合理的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通訊控制方式，CAN-bus 已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中［2-6］。為了解決水源地機(jī)泵管理問題，本文采用iCAN 系統(tǒng)的分布式數(shù)據(jù)采集控制解決方案設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)水源地機(jī)泵監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

典型的iCAN 系統(tǒng)由1個(gè)主機(jī)和多個(gè)從機(jī)構(gòu)成，主機(jī)由工控機(jī)或PC 機(jī)加上PC-CAN 接口卡組成，主要作用是獲取從機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并作相應(yīng)的處理。從機(jī)由多個(gè)相同或不同的iCAN 模塊組成，主要作用是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

根據(jù)水源地機(jī)泵監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能需求，主機(jī)選擇了工控機(jī)和PCI-9820I 接口卡，PCI-9820I是一款符合工業(yè)級(jí)溫度范圍(- 25℃～+ 85℃)，兼容PCI2.2 規(guī)范，有2 路CAN 通道的PCI-CAN 通訊接口卡，通過DB9 針型連接器與實(shí)際的CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接［7］。其中1 號(hào)CAN 通道用來收集水源地機(jī)泵的狀態(tài)參數(shù)和控制機(jī)泵啟停，0 號(hào)CAN 通道用來控制機(jī)泵狀態(tài)指示燈。

從機(jī)采用iCAN-3800 和iCAN-2505 模塊。iCAN-3800 模塊用于采集模擬量輸入信號(hào)。iCAN-3800 模塊具有8 路模擬量輸入通道，每個(gè)通道有獨(dú)立可設(shè)置的4個(gè)量程，內(nèi)部具有信號(hào)調(diào)理電路，模擬量信號(hào)的分辨率為12 位［8］。iCAN-2505 模塊提供繼電器輸出通道，有5 路具有自保持功能的繼電器輸出通道，為防止繼電器切換引起的干擾，iCAN-2505 模塊的繼電器輸出通道與控制部分采用了光電隔離措施［9］。

1 號(hào)CAN 通道使用iCAN-3800 模塊采集數(shù)據(jù)，iCAN-3800 模塊的AI7、AI6、AI5、AI4 四個(gè)通道使用電流信號(hào)作為模擬量輸入(0 ～20MA)分別采集機(jī)泵的實(shí)際電流、實(shí)際電壓、水壓和室外溫度，AI3 通道使用電壓信號(hào)輸入(0 ～5V)檢測(cè)機(jī)泵當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。使用iCAN-2505 模塊控制機(jī)泵的啟停，iCAN-2505 模塊的繼電器3 輸出端子DO3為機(jī)泵啟動(dòng)觸點(diǎn)，繼電器4 輸出端子DO4為機(jī)泵停止觸點(diǎn)。0 號(hào)CAN 通道使用iCAN-2505 模塊控制機(jī)泵的狀態(tài)指示燈(紅燈表示停止，綠燈表示啟動(dòng))。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.2 iCAN 模塊初始設(shè)定

iCAN 協(xié)議的主機(jī)是通過從機(jī)MAC ID 來區(qū)分從機(jī)的，在使用iCAN 系列模塊時(shí)，必需設(shè)置模塊的MAC ID 地址和CAN 波特率。由于大多數(shù)水源地距離較遠(yuǎn)，而且CAN 網(wǎng)絡(luò)的干線長度由數(shù)據(jù)傳輸速率和所使用的電纜類型決定，所以設(shè)置模塊的CAN 波特率為5kbps，這樣系統(tǒng)中最大電纜距離可以達(dá)到

10000m。

2 軟件設(shè)計(jì)

由于iCAN 系統(tǒng)基于Windows API 標(biāo)準(zhǔn)提供了一套完整的基于iCAN 協(xié)議的主站函數(shù)庫，所以開發(fā)平臺(tái)和語言采用了Microsoft Visual Basic 6.0。軟件設(shè)計(jì)主要包括初始化模塊、機(jī)泵啟停模塊、檢測(cè)模塊3個(gè)部分。

2.1 初始化模塊

首先在Visual Basic 應(yīng)用程序中聲明外部過程通過API方式訪問iCAN 協(xié)議的主站函數(shù)庫Control-CAN.dll 和icandll.dll［10］。

其次定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)ROUTECFG 用來設(shè)置初始化iCAN 網(wǎng)絡(luò)所需要的一些必要參數(shù)，然后定義參數(shù)并添加iCAN 網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)置參數(shù)iCANInd 值來區(qū)分0號(hào)CAN 通道和1 號(hào)CAN 通道

最后啟動(dòng)系統(tǒng)并添加iCAN-3800 和iCAN-2505從站

2.2 機(jī)泵啟停模塊

在iCAN-2505 模塊中，輸出狀態(tài)為“1”時(shí)，繼電器輸出開關(guān)閉合;輸出狀態(tài)為“0”時(shí)，繼電器輸出開關(guān)斷開，這樣就可以控制機(jī)泵的啟停。

機(jī)泵啟停模塊先檢測(cè)對(duì)應(yīng)的iCAN-2505 從站模塊是否已經(jīng)連接，如果未連接要進(jìn)行連接，當(dāng)連接不通時(shí)顯示錯(cuò)誤信息并退出程序模塊;如果連接則根據(jù)當(dāng)前機(jī)泵的啟停狀態(tài)，確定是開啟機(jī)泵還是停止機(jī)泵并進(jìn)行操作提示，待確認(rèn)后再發(fā)出控制指令，然后啟動(dòng)定時(shí)器，5 秒后將對(duì)應(yīng)的繼電器輸出端子置0［11］，這是因?yàn)閕CAN-2505 模塊繼電器輸出通道有自保持功能，實(shí)際使用中不需要長時(shí)間開關(guān)閉合。其程序流程圖如圖2所示。

圖2 機(jī)泵啟停程序流程圖

2.3 檢測(cè)模塊

檢測(cè)模塊先檢測(cè)對(duì)應(yīng)的iCAN-3800 從站模塊是否已經(jīng)連接，如果未連接要進(jìn)行連接，當(dāng)連接不通時(shí)顯示錯(cuò)誤信息并退出程序模塊;如果連接則進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

首先采集對(duì)應(yīng)iCAN-3800 從站模塊的AI3 通道的電壓信號(hào)輸入值，對(duì)輸入測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量電壓值進(jìn)行換算得到實(shí)際電壓值(電壓信號(hào)0 ～5V)，通過實(shí)際電壓值來判斷機(jī)泵處于什么狀態(tài)，如果是開啟狀態(tài)，需要控制對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈綠燈亮，如果是停止?fàn)顟B(tài)，需要控制對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈紅燈亮。

為了節(jié)約成本，0 號(hào)CAN 通道使用單個(gè)iCAN-2505 模塊控制多個(gè)狀態(tài)指示燈，由于iCAN-2505 模塊沒有輸入緩存區(qū)，所以必須通過程序設(shè)置存儲(chǔ)變量來存儲(chǔ)繼電器輸出端子DO0 ～DO4的狀態(tài)，通過按位置1 或0的方式控制繼電器輸出通道［12］。

然后采集對(duì)應(yīng)iCAN-3800 從站模塊的AI7、AI6、AI5、AI4 四個(gè)通道的電流信號(hào)模擬量輸入值，對(duì)輸入測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量電流值進(jìn)行換算得到實(shí)際電流值(電流信號(hào)0 ～20MA)，并進(jìn)行線性補(bǔ)償，得到機(jī)泵的實(shí)際電流、實(shí)際電壓、水壓和室外溫度值進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

3 結(jié)束語

水源地機(jī)泵監(jiān)控系統(tǒng)能夠很好地完成數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)檢測(cè)和機(jī)泵控制等功能，并且適應(yīng)遠(yuǎn)距離工作要求，抗干擾能力良好，解決了水源地機(jī)泵難以監(jiān)控和管理的問題。系統(tǒng)構(gòu)建靈活，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，具有良好的可靠性和穩(wěn)定性。

［1］周立功.iCAN 現(xiàn)場(chǎng)總線原理與應(yīng)用［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

［2］周立功.項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)—CAN-bus 現(xiàn)場(chǎng)總線基礎(chǔ)教程［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2012.

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［8］廣州致遠(yuǎn)電子有限公司.iCAN-3800 產(chǎn)品用戶手冊(cè)［Z］.廣州致遠(yuǎn)電子有限公司，2011.

［9］廣州致遠(yuǎn)電子有限公司.iCAN-2505 產(chǎn)品用戶手冊(cè)［Z］.廣州致遠(yuǎn)電子有限公司，2008.

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［12］李江全.Visual Basic 數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)［M］.北京:人民郵電出版社，2010.