一、引言
近年來，以PLC為基本控制單元，根據需要結合遠程I/O、現場總線、局域網、上位監控PC 機及相關系統軟件平臺與應用程序構成的自動化系統，鑒于其硬件可靠性高、伸縮性強、編程簡單、系統容易實現且維護方便的特點，在工業自動化控制領域得到極其廣泛的應用。就PLC 網絡構成的局域網而言，如Ethernet、Profibus-DP、ControlNet、Genius、RS485 串行通訊主從網絡等、PLC 之間多采用硬連接實現通訊，即通訊介質為有界介質（電纜、光纖）。如果被控制設備位置分散、信號采集點相距遠，布線成本將大大提高且不利于維護；或由于設備相對環境復雜或制度約束，無法進行大規模布線施工；或有移動應用需求的場合，在這些情形下，使用無界介質（微波、紅外技術）進行通訊軟連接的無線局域網將是有效的解決方案。微波無線通訊技術，如擴頻技術（直接序列、跳頻），以前還主要用于軍用系統，如今已在民用、工業等諸多領域應用開來。本文介紹的攀成鋼建材區天然氣流量微機計量系統，就是將利用智能頻譜跳頻擴頻技術的無線通訊裝置與PLC 結合，而實現的多站點分布式無線PLC網絡系統。
二、系統結構
實施天然氣流量計量無線網絡，建立無線工作站，各個站點由PLC完成基礎數據采集與控制后，經無線傳輸將PLC 數據送到中控室上位機SCADA 系統。這樣一來，不但節省抄表所需的大量時間和精力，并且計量數據更加準確，實現了高效的現代化管理。同時具有分散控制、集中管理的優勢。該系統包含5 個無線工作站（1 個主站、4 個從站），控制覆蓋成鋼17 處天然氣計量站點，鑒于建立一個無線工作站一次性投資較多，將工作站與天然氣計量站點—— 對應是不經濟的。故工作站的確定依據計量站點位置相對不太遠（小于300米）就集中送PLC的原則。于是，按地理區域聚類，現場僅設置了4個站點。系統總體框架結構如圖1所示。
三、系統組成
天然氣流量計量無線網絡是能滿足工業實時監控系統要求，完成綜合性通信任務的系統。系統主要由三大部分組成：無線通訊系統；PLC數據采集處理系統；上位機數據采集與監控（SCADA）系統。
1. 無線通訊系統
通訊網絡部分采用美國DATA-LINC GROUP 提供的工業級、穩定可靠的無線串口電臺，由于它的抗干擾能力超強且構建的網絡是專用無線電網，所以能確保系統數據穩定、暢通地通訊，實現中控室與現場各站點數據安全快速地交換。
2. PLC數據采集處理系統
采用美國通用公司GE Fanuc推出的通用性強、配置靈活、經濟實用的VersaMax Micro PLC 及擴展單元，經標度轉換、溫壓補償計算、累積處理、PLC 故障及I/O 故障控制、累積值清零等編程處理后，實現對現場數據精確地采集與控制。
3. 上位機數據采集與監控（SCADA）系統
組態軟件平臺采用GE 的CIMPLICITY HMI，運用該平臺設計、創建工程。在中控室上位監控計算機運行工程后，可以監測各個無線工作站的通訊狀態、顯示PLC 有無故障，當有故障時畫面會及時提示并彈出清除故障按鈕。
監測與記錄天然氣流量瞬時值、累積值及管道壓力、環境溫度等相關參數，統計生成報表，提供趨勢分析和報警等。
四、系統硬、軟件配置
1. 系統硬件配置
● 通訊網絡
DATA - L INC GROUP 公司提供的無線數傳電臺（ 包含SRM6100 無線串口調制解調器、12VDC直流穩壓電源、全向天線及接地套件等附件）。每站一套，共5 套。
● 控制器PLC
GE公司提供的VersaMax Micro PLC主單元（CPU模塊），型號為IC200UAL006；擴展單元（I/O擴展模塊），型號為IC200UEX636。分別用于4 個從站，其中1#-3# 從站均為1 個主單元帶1個擴展單元，4#從站則為1 個主單元帶3 個擴展單元。
● 上位機PC
DELL 商務機210L（CPU 2.8GHZ、內存512MB、硬盤80GB）。
五、系統主要硬件特性
1. 所選無線通訊設備的主要特點
系統所選DATA-LINC GROUP 的SRM6100 無線電調制解調器能提供最可靠和最高性能的串行無線通訊方案。通過在2.4GHz -2.483GHz 頻段應用先進的智能頻譜跳頻技術，SRM6100 可提供最可靠和有力的通訊。2.4GHZ 頻段在國際標準中為免除頻率使用許可證的公用頻段，不需要FCC點現場許可證。在無阻擋物的情況下，兩調制解調器之間的通訊距離可達32.18 公里（20 英里）。最大程度的抗干擾可用于高噪聲環境，所以適用于鋼鐵業等惡劣環境，SRM6100 應用跳頻，擴頻和32 位誤碼矯正技術保證數據傳輸的可靠性。
S RM6 1 0 0 支持多種組態， 包括點對點通訊和多點通訊。點對多點通訊方式采用輪詢。點對多點通訊時，對從站數目無限制，所以將來在任意地點均可無限增加站點與測點。并且SRM6100 可做為中繼器工作，以達到擴展通訊距離或克服阻擋物通訊的目的。其工作模式設置靈活。SRM6100 在系統中，無論是作為主站、從站中繼站或是從站/ 中繼站，無論是點對點方式還是點對多點方式，它們在硬件上都是一樣的，只是內部工作參數設置不同。只需使用Windows 操作系統所包含的“超級終端”，就可以方便地對系統的各臺站進行維護。
系統無線通訊設備選用S R M 6 1 0 0 這一工業級無線Modem 從根本上保障了系統可靠性、可用性、易擴充和長期可重用性。
2. 所選PLC的主要特點
VersaMax Micro PLC 是美國通用電氣GE Fanuc 推出的新一代體積小、功能強大的一體化微型PLC，其緊湊的物理設計， 節省空間的簡易安裝方式和強大的控制功能，使之非常適合于低成本、安裝空間有限、處理速度要求又高的應用場合，為用戶提供更經濟且功能更強的解決方案。
天然氣流量計量系統各個從站均選用2 3 點VersaMaxMicro PLC（ IC200UAL006）作控制，此Micro PLC 內嵌兩路模擬量輸入，但可以連接4個擴展單元。所以系統各個從站根據需要增加模擬量擴展單元以擴充模擬量輸入通道。此Micro PLC 的主要技術參數如下：
● 接口
提供兩個串口。串口1（RS232）支持SNP/SNPX 協議從模式；串口2（RS485）支持SNP/SNPX 和RTU 主、從模式及序列I/O 通訊協議。
● 輸入
13 點24VDC離散輸入（正/ 負邏輯）；2 通道模擬量輸入（支持0-20mA、4-20mA、0-10V）。
● 輸出
1 0 點離散輸出；1 通道模擬量輸出（ 支持0 - 2 0mA 、4-20mA、0-10V）。
● 供電電源
100-240VAC
● CPU特性
[1] 18K字節內存
[2] 1us 每布爾指令
[3] 配置與用戶程序可選存儲于RAM或Flash
[4] 實時時鐘
[5] 可以串接4個任意類型的擴展單元
[6] 可選梯形圖（LD）或指令表（IL）編程
[7] 內嵌高速計數器功能、支持浮點運算、PID 控制
[8] 支持4個10KHz高速計數器輸入，5Kz 脈沖/PWM輸出等
模擬量擴展單元IC200UEX636 可提供6路模擬量擴展（4路輸入、2路輸出）。供電電源100240VAC。
天然氣流量計量系統中，之所以微PLC及擴展單元均選用交流供電類型，是由于該系統所有輸入都為變送器輸出的4-20MA 標準模擬量信號。而所需的離散量控制不用物理I/O，而用虛擬寄存器形式與上位機通訊，在畫面上進行遠程控制與顯示。這樣就可以不用供給微PLC離散I/O的24VDC電源，從而節約設備投資。
六、系統軟件特性
1. PLC編程工具ME5.5
CIMPLICITY Machine Edition 是GE Fanuc 推出的一個可以在統一的工作平臺下同時開發多目標邏輯控制、運動控制等的新一代軟件。它提供一個公共的環境用于配置、編程、調試和維護用戶應用軟件。<
