基于无线网络的水箱液位控制系统设计.pdf
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1、第 18 期2023 年 9 月无线互联科技Wireless Internet TechnologyNo.18September,2023基金项目:包头职业技术学院科学研究项目;项目名称:基于过控实验台的无线通信实训项目开发;项目编号:KJ202101。作者简介:李雅妮(1987),女,辽宁盘锦人,讲师,硕士;研究方向:无线通信,智能控制。基于无线网络的水箱液位控制系统设计 李雅妮(包头职业技术学院,内蒙古 包头 014030)摘要:目前,在工业控制生产中,系统的控制方式普遍采用的是有线控制,在后期设备维护和改造中,这种控制方式会对企业造成很大的困扰。因此,工业控制系统可以采取无线网络通信的方
2、式对工业参数进行控制。文章基于工业控制实训室设备中水箱液位变量进行了无线组网控制研究,对无线通信网络及软硬件配置进行了深入研究,这种控制方式避免了工业现场中有线通信方式存在的弊端,具有极高的工业应用价值。关键词:PLC;无线网络;工业控制;液位中图分类号:TH3;TN92 文献标志码:A1 系统设计意义 在实际的工业控制系统中,人机界面与 PLC 通常不在一起,中心计算机一般放置在监控中心室,而PLC 安装在现场车间,两者之间距离往往从几十米到几千米。布线需要挖沟施工,比较麻烦,这种情况下系统适合采用无线通信方式来控制。无线通信方式响应速度快,不需要编程,只需要组态。2 无线通信方案分析 本文
3、设计的无线通信网络系统采用拓扑结构模型,其组成包括以下 3 种无线通信设备:智能网关、无线节点和无线多跳设备1。无线通信网络系统组成如图 1 所示,其中,无线节点和智能网关主要负责采集和存储工业控制系统现场的液位、温度等信号;中继器负责延长无线通信网络的传输距离;主站、从站和中继器构成了无线多跳网络。无线节点与从站之间的通信通过 RS485 串口连接,并通过中继器实现网络传输,中继器将信号传递给主站的上位机信号采集平台,从而实现无线通信网络的数据传输。图 1 无线通信网络系统组成2.1 无线节点 无线节点连接的是工业过程控制现场中的各个传感器采集的信号,其中包括模拟量信号和数字量信号。无线节点
4、将接收到的这些信号发送给智能网关;同时也可以通过无线节点连接的模拟量或数字量通道上的执行机构接收传回的信号。2.2 智能网关 智能网关设备是维持无线节点与主站上位机软53第 18 期2023 年 9 月无线互联科技软件开发No.18September,2023件通信的重要网络设备,保证了数据的双向传输,其网络拓扑结构为星型结构。每一个网关能够连接多个无线节点,每个网络节点采集的现场数据和需要发送的现场数据都存储在数据存储器的地址中。因此,网关电路集成了数据寄存器模块,并存放现场数据。在智能网关与无线节点通信时,为了能够保障在任何时刻智能网关只能与其中一个网络节点通信,系统采用了 TDMA 技术
5、。2.3 无线多跳通信设备 无线多跳设备是一种无线工业控制串口通信设备,用于延长工业网络远程传输数据的距离,同时可以作为实现无线双向传输数据的双向收发机。其网络结构类型是多跳自组织网络,从站用于接收无线节点采集的数据,并从多个中间网络节点中锁定最佳传输路径,最后数据传送给主站的上位机数据管理平台。3 无线液位控制系统设计与实现3.1 无线液位控制系统整体设计 工业过程控制实训室中的实训装置三容水箱通过传感器采集液位信号,将数据进行实时存储,通过无线通信网络传送到上位机系统,上位机通过控制策略对液位变量的偏差进行计算,并将结果及指令传回设备,对其指挥完成操作实现水箱液位的控制。无线液位控制系统分
6、为 3 部分,如图 2 所示,分别为管理层、无线数据传输层和现场信号采集与执行层。管理层用于方便对无线通信从站的数据监测与控制,相当于人的大脑,发送和接收远程数据并对其进行控制,主要用于整个无线液位控制系统的管理决策,包括运行模式的切换、液位参数的变化及控制、数据上传等。无线数据传输层是系统运行的关键,由主站、从站、中继器及智能网关组成。为了进一步拓展无线网络传输的距离,系统采用了中继器设备,设备的选取为远程数据的实时传输提供了保障。数据采集执行层包括超声波液位计、电动调节阀等各类传感器和执行器,主要负责信号类型转换的模数转换器和数模转换器,是无线监控系统的基础。传感器负责采集现场各种工艺参数
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