基于光纤网络的皮带秤联网系统的设计与实现

摘要：为了加强对煤矿各输送皮带产量的实时控制。实现远程观测与统计，设计了采用以太网光歼收发器为主要数据传输媒介的多台智能型皮带秤称重仪表的联网远程监控系统。采用光纤进行数据的远距离传输，利用PC工控机和可视化编程软件VB的网络内核与智能型称重仪表进行数据的实时传输及处理，同时还设计了界面友好的上位机控制软件。用户现场使用的情况表明，该系统运行稳定，具有一定的实用价值。
关键词：以太网光纤收发器；单模；ICS-XF配料秤仪表；ADAM-4520；VB网络内核

山西汾西矿业集团下属某有限公司属国有大型煤炭生产销售企业，该公司共有8套基于51系列单片机的智能皮带秤计量称重系统。这些皮带秤的地理位量距离调度中心都在800 m左右，皮带秤计量仪表为智能型仪表，它可以实时显示当前的皮带瞬时产量、班产量、日产量和总累计量，但是这些数据必须有专人来定时的记录到产量报襄中，因为除了总累计量外的数据都只保存24h。这种方式容易造成数据的人为误差或者漏记产量，既浪费大量的人力又得不到好的工作成效。基于上述情况，建立了基于光纤网络的皮带秤称重联网远程监控系统，重新设计了基于可视化编程语言VB的可与现场皮带秤称重仪表进行数据交换的远程皮带秤计量系统，全面解决了上述存在的问题。

1 联网方案
1．1 仪表通讯的必备知识
EIA RS-232C是由美国电子工业协会在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS(Recommended Standard)是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232C标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1 200、2400、4800、9600、19 200波特。
RS-232是个人计算机上的通讯接口之一，是由电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的形态出现，一般个人计算机上会有两组RS-232接口，分别称为COM1和COM2。
RS-232C标准规定，驱动器允许有2 500 pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF／m的通信电缆时，最大通信距离为15 m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。
智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS-232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种不能实现联网功能。RS-485总线的出现恰好解决了这个问题，不仅可以实现智能仪表的联网问题，而且通信距离可达几十米到上千米，满足数据联网远程传输的要求。
RS-485的电气特性如下：逻辑“0”以两线间的电压差为+(2-6)V表示；逻辑“1”以两线间的电压差为-(2-6)V表示。接口信号电平比RS-232降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。
RS-485的数据最高传输速率为10Mb／s；RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200 mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复：RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。
1．2 光纤收发器的相关知识
光纤收发器，是一种将短距离的双绞线电信号和长距离的光信号进行互换的以太网传输媒体转换单元，在很多地方也被称之为光电转换器(Fiber Converter)。产品一般应用在以太网电缆无法覆盖、必须使用光纤来延长传输距离的实际网络环境中，且通常定位于宽带城域网的接入层应用；同时在帮助把光纤最后1 km线路连接到城域网和更外层的网络上也发挥了巨大的作用。
光纤收发器的基本特点如下：提供超低延时的数据传输；对网络协议完全透明；采用专用ASIC芯片实现数据线速转发；机架型设备可提供热插拔功能，便于维护和无间断升级；可网管设备能提供网络诊断、升级、状态报告、异常情况报告及控制等功能，能提供完整的操作日志和报警日志；设备多采用1+1的电源设计，支持超宽电源电压，实现电源保护和自动切换；支持超宽的工作温度范围；支持齐全的传输距离(0～120 km)。
信息化建设的突飞猛进，人们对于数据、语音、图像等多媒体通信的需求日益旺盛，以太网宽带接入方式因此被提到了越来越重要的位置。但是传统的5类线电缆只能将以太网电信号传输100 m，在传输距离和覆盖范围方面已不能适应实际网络环境的需要。与此同时，光纤通信以其信息容量大、保密性好、重量轻、体积小、无中继、传输距离长等优点得到了广泛的应用，光纤收发器正是利用了光纤这一高速传播介质很好地解决了以太网在传输方面的问题。光纤收发器的出现，将双绞线电信号和光信号进行相互转换，确保了数据包在两个网络间顺畅传输，同时它将网络的传输距离极限从铜线的100 m扩展到100 km(单模光纤)。
1．3 仪表联网硬件的设计与实现
从计量逻辑角度讲，整个系统可以分为两层：现场的计量称重设备级、调度中心业务级，属于典型的C／S结构。另外，现场各皮带秤所使用的智能仪表均为ICS-XF型皮带秤专用仪表，此类型的仪表可以通过串口进行数据的传输与交换。该仪表支持串行通讯的传输方式有RS-232C和RS-485两种。如果传输距离在15 m以内，则可以用RS-232C传输方式；否则，如果传输距离在1 000 m以内，则采用RS-485传输方式。现场的各皮带秤布局情况如下：8套皮带秤的计量仪表分别集中布置在两个现场控制室内，两个控制室之间的距离约800 m；而两个控制室中距离调度室的最小距离约2 000 m。而客户的要求是将现场各皮带秤计量仪表的效据准确地实时地传输到调度室的服务器电脑上。