CN102176155B - 基于工业无线跳频扩频的可编程系统及部署和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种基于工业无线跳频扩频的可编程系统及部署和控制方法，所述系统包括闸门子系统和N个现场无线接入设备，其中闸门子系统由N个无线接入点AP以及工业一体化监控主机组成，现场无线接入设备都包括无线客户端模块ST、通信处理器模块和现地测控单元。所述部署方法包括：部署闸门监控子系统于闸门集中监控中心；部署N个现场无线接入设备；部署现地测控单元LCU及其执行元件。所述控制方法包括包括远程无线控制、现地PLC自动控制及常规继电器手动控制方法，远程无线控制方法包括远程自动控制方法和由上位机强制执行远方自动控制方法。本发明布线容易，成本低廉，维护简单，可靠性高。

Description

基于工业无线跳频扩频的可编程系统及部署和控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种基于工业无线跳频扩频技术的可编程控制工作方式及自动化控制系统及部署和控制方法，尤其是一种基于5GHz跳频扩频工业无线技术的水库、水电站闸门可编程控制工作方式及控制系统。属于工业自动化技术领域。

背景技术

目前，水库、水电站闸门工业测控系统主要采用现地控制与远程控制互为备份的控制方式，如水电站进水口、水轮机出水口的闸门，进水口拦污栅。设备主要以工业控制计算机为核心，现地电气控制设备采用继电器逻辑控制与PLC控制相结合。控制中心与现地测控屏之间主要为现场总线方式或基于工业以太网络的有线通信方式，支持同轴电缆、双绞线和光纤等多种电缆作为传输介质，虽然具有稳定性强，速度快，安全性高等优点，也存在着布线复杂，施工不易，成本较高，维护不便等缺陷。

尤其在水电自动化工业领域中,由于很多地域环境复杂，条件恶劣，有线通信电缆布线困难，维护成本高，有线通信的稳定性与安全性无法得到有效保证。

另外，水库、水电站闸门工业测控系统在需要改变控制方式时，主要通过控制中心调度人员下达指令，由现地工作人员手动操作现场设备的切换开关实现。但当现地工作人员夜间休息或短暂外出不在现场，又需紧急对闸门进行远程控制时，控制中心计算机无法强制切换控制模式转换开关，实现远程控制，对水库、水电站的安全泄洪造成了一定的安全隐患。

发明内容

本发明目的是针对在闸门控制中心与现地测控屏之间在地理上被河流、峡谷隔断，很难实现有线通信时，发明了一套基于工业无线跳频扩频技术的可编程控制工作方式及自动化系统。本发明提供了一种基于5GHz跳频扩频工业无线通信网络平台，将工业无线网络技术应用于可编程控制（PLC）及继电器逻辑控制设备的远程控制，同时提供了远程强制切换控制方式的解决方案，实现了对闸门的远程无线控制、现地PLC自动控制及常规继电器手动控制三种控制方式组成的冗余控制结构。系统正常运行时，三种控制方式的切换由现地工作人员操作控制方式切换开关实现。但当现地工作人员暂时离开岗位或夜间休息，控制方式又处于现地继电器手动或现地PLC自动控制方式时，监控中心上位机可远程强制切换工作方式为远方自动控制方式，由监控中心上位机直接控制现地设备的运行。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于工业无线跳频扩频技术的可编程控制系统，包括闸门子系统和N个现场无线接入设备，其中闸门子系统由N个无线接入点AP以及工业一体化监控主机组成，现场无线接入设备都包括无线客户端模块ST、通信处理器模块和现地测控单元，无线接入点通过混合连接器(IP65)接入工业以太网互联与工业一体化监控主机互联；无线客户端模块ST分别通过混合连接器(IP65)接入工业以太网，并连接所对应的通信处理器模块，进而与现地测控单元实现互联通信。

所述现地测控单元包括PLC控制电路、LCD触摸显示屏、电动机控制回路、液压启闭机、继电器逻辑控制电路、闸门开度传感器、闸门荷重传感器、无线客户端模块ST和24VDC直流电源；液压启闭机的输出端分别接PLC控制电路以及继电器逻辑控制电路的一个输入端，PLC控制电路的一个输入\输出端分别与继电器逻辑控制电路的一个输出\输入端连接，闸门开度传感器与闸门荷重传感器的输出端分别接PLC控制电路的一个输入端，电动机控制回路的输出端接液压启闭机的输入端，PLC控制电路和继电器逻辑控制电路的一个输出端分别接电动机控制回路的输入端，PLC另外一个输出/输入端分别接LCD触摸显示屏的输入输/出端，PLC控制电路通过通信处理器模块CP341-1接入工业以太网与无线客户端模块ST连接，24VDC直流电源分别接PLC控制电路、LCD触摸显示屏、电动机控制回路、继电器逻辑控制电路以及无线客户端模块ST的输入端。

基于工业无线跳频扩频技术的可编程部署方法包括如下步骤：

1)部署闸门监控子系统于闸门集中监控中心：

所述闸门子系统由N个无线接入点AP以及工业一体化监控主机组成，无线接入点通过混合连接器(IP65)接入工业以太网互联与工业一体化监控主机互联，无线接入点AP负责协议的转换，包括物理层协议和数据链路层协议的转换，上传数据和命令、下行数据和命令的转发，其中N为大于1的自然数；

2)部署N个现场无线接入设备：

每个现场无线接入设备都包括无线客户端模块ST，无线客户端模块ST分别通过混合连接器(IP65)接入工业以太网，并连接所对应的通信处理器模块，进而与现地测控单元实现互联通信；

3)部署现地测控单元LCU及其执行元件：

常规继电器逻辑控制电路和可编程控制器控制电路的一个输入端分别接液压启闭机的输出端，可编程控制器控制电路的一个输出/入端接常规继电器逻辑控制电路的一个输入/出端，常规继电器逻辑控制电路和可编程控制器控制电路的另一个输出端分别与电动机控制回路的输入端连接，可编程控制器控制电路的另一个输入/出端接入工业触摸显示屏(LCD)，电动机控制回路的输出端接液压启闭机的输入端，可编程控制电路的通信处理器模块CP341-1与工业以太网连接，24V直流电源的电源输出端分别接电动机控制回路、常规继电器逻辑控制电路、可编程控制器控制电路、工业触摸显示屏(LCD)以及通信处理器模块CP341-1的电源输入端。

基于工业无线跳频扩频技术的可编程控制方法，包括远程无线控制、现地PLC自动控制及常规继电器手动控制三种控制方法，在远程自动工作方式下，实现远程控制方法为：

Step1：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制请求；

Step2：现地测控单元在收到上位机的控制请求后，向上位机发送收到请求通知，并附带校验码A1；

Step3：上位机在收到现地测控单元的通知后，将闸门升/降命令以及收到的校验码A1发送给现地测控单元；

Step4：现地测控单元在收到闸门升/降命令后，判断校验码A1是否发生变化，若无变化向上位机发送确认通知，通知包括收到的闸门升/降命令以及校验码A1，并新附加一个校验码A2；若校验码A1发生变化，则重新执行步骤Step2；

Step5：上位机在收到现地测控单元的确认通知后，检验A1是否发生变化，若无变化则向现地测控单元发送闸门升/降值B，发送数据包中包括闸门升/降命令、闸门升/降具体值B、校验码A1和A2；若A1发生变化，重新执行步骤Step3；

Step6：现地测控单元在收到命令包后，检验校验码A2是否发生变化，若无变化，则根据指令通过PLC控制电路执行闸门的升/降，升/降的高度为B，执行完成后，向闸门监控中心上位机发送执行成功通知；若A1、A2发生变化，则重新执行Step4。

由上位机强制执行远方自动控制方法为：

a：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制方式查询请求。

b：现地测控单元在收到上位机的查询请求后，向上位机发送当前控制方式通知，若当前为现地PLC自动控制及常规继电器手动控制工作方式，则发送字段0x00，并附带校验码C；

c：上位机在收到现地测控单元的当前控制方式通知后，若收到字段为0x00，则下达切换控制方式命令发送字段0x00FF，并附带校验码C，否则，发送0xFF00并附带校验码C；

d：现地测控单元在收到命令后，判断校验码C是否发生变化，C无变化时，若收到字段为0x00FF，则由现地测控单元的PLC控制电路自动切换开关置于“远方自动”，否则，PLC控制电路不做任何响应；若C发生变化，则重新执行步骤b；

e：现地测控单元PLC执行完成后，向闸门集中监控中心发出确认通知。

本发明的有益效果包括如下方面:

1、发明提供了一种基于5GHz跳频扩频工业无线通信网络平台，突破地域限制，将工业无线网络技术应用于闸门监控系统的远程控制，为闸门控制现场由于地域环境复杂，条件恶劣，有线通信布线困难甚至无法布线时提供了有效地解决方案，且布线容易，成本低廉，维护简单。

2、本发明定义了一套专门用于远程控制的应用层通讯协议，在远程控制闸门运行时，上位机发出的控制指令经过现地测控单元两次验证无误后才最终确认并执行，保证了本发明中通过无线工业网络实现的远程控制的可靠性。

3、本发明中提供了对闸门的远程无线控制、现地PLC自动控制及常规继电器手动控制三种控制方式组成的冗余控制结构。通常情况下，控制方式的切换由现地工作人员手动操作完成，但在遇到紧急情况或夜间现场无人值守时，上位计算机可远程强制切换控制方式，实现对现地设备的随时远程遥控。

附图说明

图1为本发明系统组成示意图。

图2为现地测控单元框图。

图3为电动机控制回路框图。

图4、5为常规继电器逻辑控制电路的原理图。

图6为可编程控制器控制电路中的CPU与工业触摸显示屏(LCD)输入、输出端的关系示意图。

图7为可编程控制器控制电路中闸门开度传感器输入电路原理图。

图8为可编程控制器控制电路中的闸门操作与状态信号输入电路原理图。

图9为可编程控制器控制电路中的驱动电磁阀输入电路与状态光示输出电路原理图。

图10为上位机远程控制闸门运行流程图。

图11为上位机远程强制切换闸门控制方式流程图。

具体实施方式

对照附图1，本发明由闸门集中监控中心、N个现地测控单元以及无线通信网络系统组成。闸门集中监控中心主要包括工业一体化监控主机及监控软件系统，负责闸门监控系统的全局监控与调度。每一个闸门现地测控单元(LCU)主要包括可编程控制器(PLC)控制电路、常规继电器逻辑控制电路、工业触摸显示屏(LCD)、电动机控制回路、液压启闭机、24V直流电源以及闸门开度传感器、闸门荷重传感器等设备，每一个现地测控单元通过西门子通信处理器模块CP341-1接入工业以太网，最后由西门子无线客户端模块ST接入工业无线网络系统。工业无线网络系统主要由N个无线接入点AP(型号为西门子无线通信模块W-788)以及N个无线客户端模块ST(型号为西门子无线通信模块W744-1PRO)组成。符合IEEE802.11标准，工作频率为5.15GHz-5.25GHz，传输方式采用正交频分复用（OFDM），功率为1W，带宽为54MBit/sec，传输距离为1km。

对照附图2，图中的1″是PLC控制电路、2″是LCD触摸显示屏、3″是电动机控制回路、4″是液压启闭机、5″是继电器逻辑控制电路、6″是闸门开度传感器、7″是闸门荷重传感器、8″是无线客户端模块ST、9″和10″为24VDC直流电源。

4″液压启闭机的输出端分别接1″PLC控制电路以及5″继电器逻辑控制电路的一个输入端，油位信号计，油路电磁阀，主令控制器等接点信号分别输入给继电器控制电路和PLC控制电路。1″PLC控制电路的一个输入\输出端分别与5″继电器逻辑控制电路的一个输出\输入端连接，实现PLC对常规继电器电路的控制输出以及常规及电器电路工作状态信号的输入。6″闸门开度传感器与7″闸门荷重传感器的输出端分别接1″PLC控制电路的一个输入端。3″电动机控制回路的输出端接液压启闭机的输入端，1″PLC控制电路和5″继电器逻辑控制电路的一个输出端分别接3″电动机控制回路的输入端，用于控制油泵电动机的启停。1″PLC另外一个输出/输入端分别接2″LCD触摸显示屏的输入输/出端，LCD可以显示PLC输出的闸门开度等状态信息也可预置闸门开度等参数供PLC执行。1″PLC控制电路通过通信处理器模块CP341-1接入工业以太网与8″无线客户端模块ST连接。24VDC直流电源分别接1″PLC控制电路，2″LCD触摸显示屏，3″电动机控制回路，5″继电器逻辑控制电路以及8″无线客户端模块ST的输入端。

液压启闭机上安装的器具包括：油泵电动机，油位信号计，油路电磁阀，主令控制器等。闸门开度传感器及荷重传感器安装在闸门上，以测量闸门开度及荷重。PLC控制电路输出闸门开度与荷重信息，通过LCD触摸显示屏实现数字与图形显示。

现地测控单元与闸门监控中心之间通过无线客户端模块ST及无线接入点AP组成的基于工业无线跳频扩频网络平台进行无线通信，实现现地设备工作状态，闸门开度、荷重信号的数据的上行以及上位机发出控制信号的下行。

对照附图3，断路器DL1、DL3接通380VAC电源，断路器DL2接通220VAC电源。继电器接点JJ1通过热继电器RJ1连接电机E1，继电器接点JJ2通过热继电器RJ3连接电机E2。380VAC电源的其中一相W经过保险丝Fuse1与继电器接点JD1和JD2对应连接。继电器接点JD1，JD2的另一端经热继电器RJ2与继电器线包DCF1连接。互感器H1、H2、H3与电流表A1、A2、A3对应连接。三相线U，V，W其中相线U、V间接电压表。380VAC电源的其中一相W经过保险丝Fuse6与继电器接点JD3和JD4对应连接。

对照附图5，断路器DL4经过保险丝Fuse7接通220VAC电源，直流电源SITOP将交流电源220VAC变成直流24VDC电源，直流电源SITOP的L+端分别与操作权选择开关KG1、工作泵选择开关KG2以及蓄能器切换开关KG3对应连接。直流电源SITOP的L-端与继电器线包DCF0，DCF2，DCF3，DCF4，DCF6，DCF7，DCT1，DCT2以及继电器接点JDQ1，JDQ2，JDQ3，JDQ4对应连接。操作权选择开关KG1，工作泵选择开关KG2，蓄能器切换开关KG3分别与继电器接点JDQ5，JDQ6对应连接。停止按钮AN3、升门按钮AN1与继电器线包DCF4，DCF9，DCF8对应连接，升门按钮AN1又与继电器线包DCF3对应连接。降门按钮AN2与继电器线包DCF3，DCF5，DCF7对应连接。

对照附图4，继电器线包DCF8，DCF7以及电磁阀YV1，YV2，YV3，YV4的一端分别对应短接，继电器线包DCF8，DCF7的另一端分别与继电器接点JDQ8，JDQ7对应连接,溢流阀YV1的另一端分别与继电器接点JDQ9对应连接，同时与继电器线包DCF2串联连接。升门电磁阀YV2的另一端与继电器接点JDQ11对应连接，同时与继电器线包DCF6串联连接。降门电磁阀YV3，YV4的另一端分别与继电器接点JDQ13对应连接，同时与继电器线包DCF7串联连接。指示灯ZS1～ZS8的一端分别对应短接，指示灯ZS1～ZS8的另一端分别与继电器线包DCF0，DCF10，DCF3，DCF4，DCF8，DCF7，DCF11分别对应连接。

对照图6，PLC控制电路主要由电源模块PS307，中央处理器单元模块CPU315，通信处理器模块CP341-1，输入模块SM321/输出模块SM322(D1～D6)组成。闸门的开度与显示与参数设置由LCD触摸显示屏实现，显示屏采用DM-121GS工业触摸显示屏。PLC控制电路通过通信处理器模块CP341-1接入工业以太网Ethernet。

对照图7，闸门开度传感器的输出数据信号经过变送器DL-150对应接入PLC控制电路的输入接口模块D1（型号为SM321）的2～19端。D1的第1端与电源24VDC正端连接，第20端与电源24VDC负端连接。

对照图8，输入接口模块D3（型号为SM321）的第1端与电源24VDC正端连接，第20端与电源24VDC负端连接。输入接口模块D3的第2～8端经过操作方式切换开关KG1、油泵选择开关KG2、蓄能器切换开关KG3与电源24DC正端连接。输入接口模块D3的第16～19端经升门按钮AN1、降门按钮AN2、停止按钮AN3、故障复位按钮AN4与电源24VDC正端连接。输入接口模块D3的第8～9端分别经过有无PLC接入继电器接点JDQ14及接入备用控制电源继电器接点JDQ15与电源24VDC正端连接。输入接口模块D3的11～15备用端口。

输出接口模块D4(型号为SM322)的第1端及第11端与电源24VDC正端连接，第10端及第20端与电源24VDC负端连接。输出接口模块D4的第2～9端分别通过继电器包DCF12～DCF19与电源24VDC负端对应连接。输出接口模块D4的第12～15端分别通过继电器包DCF20～DCF23与电源24VDC负端对应连接。输入接口模块D4的第16、17、18、19端为备用端。

对照图9，输入接口模块D5（型号为SM321）的第1端与电源24VDC正端连接，第20端与电源24VDC负端连接。输入接口模块D5的第2端和第3端分别经启闭机油路超压接点JDQ16、JDQ17与电源24VDC正端连接。输入接口模块D5的第4端和第5端分别为1#油泵继电器接点JDQ18、2#油泵继电器接点JDQ19与电源24VDC正端连接。输入接口模块D5的第7～12端分别经过闸门全开接点JDQ20、闸门全关接点JDQ21、闸门下滑G1的接点JDQ22、闸门下滑G2的接点JDQ23、闸门全开位置接点JDQ24、闸门全关位置接点JDQ25与电源24VDC正端连接。输入接口模块D5的第14、16端分别经过闸门机油泵电动机过载接点JDQ26，蓄能器电动机过载接点JDQ27与电源24VDC正端连接。输入接口模块D5的第6端、第13端及第16～19端为备用端。

输出接口模块D6(型号为SM322)的第1端及第11端与电源24VDC正端连接，第10端及第20端与电源24VDC负端连接。输出接口模块D6的第2～9端经指示灯ZS9～ZS16与电源24VDC正端连接。输出接口模块D6的第17、18端分别经过电阻R1（400Ω）、R2(400Ω)通过继电器接点JDQ28与电源24VDC正端对应连接。输出接口模块D6的15、16以及19端口为备用端。

本发明中闸门控制方式有三种，分别是：现地常规继电器手动工作方式，现地PLC自动方式，远方自动工作方式。三种控制方式的切换主要通过现地测控单元的工作人员操作控制切换开关KG1(在图8中表示)实现。闸门监控中心上位机可通过指令远程强制切换开关KG1到远方自动模式，无需人工手动操作，以确保在现地工作人员暂时离开或夜间休息时，闸门集中监控中心能够随时实现对现地设备的远程控制。

现地手动工作方式：

现地手动工作方式没有PLC控制电路参与，完全由现地工作人员人工操作常规继电器电路实现控制。

（1-1）准备工作。现地工作人员将控制切换开关KG1(在图8中表示)置于“现地手动”位置，将油泵选择开关KG2（在图8中表示）置于“1#油泵位置”，将蓄能器切换开关KG3（在图8中表示）置于“自动”位置。

（1-2）升门操作。现地工作人员按下继电器逻辑控制电路中的升门按钮AN1，中间继电器线包（DCF3）、继电器接点（JDQ1）以及时间继电器线包（DCT2）上电（AN1、DCF3、JDQ1、DCT2在图4中表示），交流接触器（JJ2，JJ1在图3中表示）以及继电器（DCF2,在图4中表示）接通，蓄能器电动机（E2）以及1#油泵电动机(E1)运行（E1、E2在图3中表示），溢流阀（YV1，再图5中表示）通电，DCT2延时断开触点延时十秒后，DCF2断开，溢流阀（YV1）失电，此时继电器（DCF6，在图4中表示）得电，升门电磁阀（YV2）上电，闸门开始提升，指示灯（ZS4，在图5中表示）点亮。

如果闸门到达全开位置时，闸门上限位继电器接点（JDQ8，在图5中表示）接通，升门限位继电器（DCF8，在图4中表示）得电，升门继电器（DCF6，在图4中表示）失电，交流接触器JJ1、JJ2断开，油泵电动机以及蓄能器电动机停机，指示灯（ZS3，在图5中表示）点亮。

（1-3）降门操作。现地工作人员按下继电器逻辑控制电路中的降门按钮AN2，中间继电器线包（DCF2、DCF4在图4中表示）、继电器接点（JDQ1）上电（AN2、DCF2、DCF4、JDQ1在图4中表示），交流接触器（JJ1在图3中表示）以及继电器（DCF2,在图4中表示）接通，油泵电动机E1运行，溢流阀（YV1，再图5中表示）通电，DCT2延时断开触点延时十秒后，DCF2断开，溢流阀（YV1）失电，此时降门继电器（DCF7，在图4中表示）得电，降门电磁阀（YV3、YV4）上电，闸门开始下降，指示灯（ZS5，在图5中表示）点亮。

如果闸门在下降前位于全开位置时，闸门下限位继电器接点（JDQ7，在图5中表示）接通，限位中间继电器（DCF7，在图5中表示）得电，辅助接点由长开到长闭，准备工作完成。现地工作人员按下继电器逻辑控制电路中的降门按钮AN2，闸门下降（过程同上），指示灯（ZS5，在图5中表示）点亮。

闸门下降到全闭位置后，闸门下限位继电器接点（JDQ7，在图5中表示）接通，降门继电器（DCF7，在图4中表示）失电，交流接触器JJ1断开，油泵电动机E1失电，指示灯（ZS3，在图5中表示）点亮。

（1-4）停机操作。现地工作人员按下继电器逻辑控制电路中的停止按钮AN3，可强制闸门在任意位置任意时刻停机，通常在紧急故障以及日常检修时操作使用。

现地自动工作方式：

（2-1）接通PLC直流电源及控制电路电源。将操作权选择开关（KG1，在图8中表示）置到“现地自动”位置，将工作泵选择开关（SA2）置到1#油泵位置，将蓄能器切换开关置到“自动”位置。

（2-2）启门操作。现地工作人员首先通过工业触摸显示屏(LCD，在图6中表示)设置闸门将要上升到的具体位置，按下升门按钮（AN1，在图8中表示）。PLC按照程序工作，中间继电器（DCF14、DCF18，在图8中表示）得电，油泵电机（E1，在图3中表示），蓄能器电动机(E2，在图3中表示)运行，溢流阀（YV1，在图5中表示）通电，延时十秒后，DCF14、YV1断电，此时继电器（DCF12，在图8中表示）得电，升门电磁阀（YV5，在图5中表示）上电，闸门开始提升，指示灯（ZS10在图9中表示）点亮。当闸门上升到指定位置时，交流接触器（JJ1，JJ2在图3中表示）、DCF12、YV2断电停止。

（2-3）降门操作。现地工作人员首先通过工业触摸显示屏设置降门的指定位置，按下降门按键（AN2，在图8中表示），PLC按照程序工作。中间继电器（DCF14、DCF18）得电，交流接触器（JJ1）得电，油泵电机（E1）开始运行，溢流阀（YV1，在图5中表示）通电，延时十秒后，DCF14、YV1断电，继电器（DCF13在图8中表示，DCF7在图4中表示）得电，降门电磁阀（YV3、YV4）得电，闸门下降，指示灯（ZS10在图9中表示）点亮。闸门下降到指定位置后，DCF13，JJ1、YV3、YV4断电停止。

（2-4）停机操作。按下停止按钮（AN3，在图8中表示），闸门停机。

（2-5）复位操作。如系统发生紧急情况或遇到故障时，可按下故障复位按钮（AN4，在图8中表示），系统立即停机并复位。

远方自动工作方式：

在远方自动工作方式下，闸门集中监控中心的调度人员通过工控机上安装的监控软件，发出升门、降门、停机、复位控制信号，控制信号通过5GHz跳频扩频工业无线网络以及工业以太网被现地测控单元PLC的通信处理器模块接收。PLC在具体执行时，控制流程与（2-1）～（2-5）完全相同，但不需要任何人工手动操作，由PLC自动完成，从而实现对闸门监控中心对现地闸门运行的远程无线控制。

本发明中无线接入点AP与现地测控单元的无线客户端模块之间的通信采用TCP/IP传输控制协议，采用三次握手建立连接。可设定上位机所对应的无线接入点AP的IP地址为192.168.0.1，其中一个现地测控单元对应的无线客户端模块IP地址为192.168.0.2。

在建立连接过程如下：

IP 192.168.0.1.3337>192.168.0.2.7788:S 8445216321:8445216321

IP 192.168.0.2.7788>192.168.0.1.3337:S 2563521458:2563521458ack 3626544837

IP 192.168.0.1.3337>192.168.0.2.7788:ack 1739326487，ack 1

192.168.0.1发送位码syn＝1，随机产生seq number=8445216321的数据包到192.168.0.2。192.168.0.2由SYN=1知道192.168.0.1要求建立连接。

192.168.0.2收到请求后要确认联机信息，向192.168.0.1发送ack number=844521632，syn=1，ack=1，随机产生seq=2563521458的包。

192.168.0.1收到后检查ack number是否正确，即第一次发送的seq number+1,以及位码ack否为1，若正确，192.168.0.1会再发送ack number=2563521458,ack=1，192.168.0.2收到后确认seq=seq+1,ack=1则连接建立成功。在连接建立成功后，开始传送数据。

进行数据传送时，为了保证上位机与现地测控单元之间在经过了一千米左右距离的无线通信后，仍可实现快速、准确、可靠、安全的数据传输，本发明在应用层中根据实际需求，自定义了一套专门用于远程控制的应用层协议，即数据通信协议（双字节数据低八位在前，高八位在后），格式为：包头、据长度、数据用户、短地址、校验码。

1、采集闸门开停信息：

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 01 CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 01 LSB CRC

例如：

发送：01 02 01 00 FF 01 00 01 25

接收：01 02 02 00 FF 00 00 01 LSB 25

发送：01 02 01 00 FF 01 00 01 25

接收：01 02 02 00 FF 01 00 01 0F 25开关状态为开

接收：01 02 02 00 FF 01 00 01 F0 25开关状态为关

备注：0x0F代表低电平为逻辑0状态，0xF0代表高电平为逻辑1状态。

2、采集开度模拟量信息：

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 02 CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 02 LSB MSB CRC

例如：

发送：01 02 03 00 FF 02 00 02 36

接收：01 02 04 00 FF 00 00 02 LSB MSB CRC

发送：01 02 03 00 FF 02 00 02 36

接收：01 02 04 00 FF 03 00 02 F0 0F 36（测试用）

接收：01 02 04 00 FF 03 00 02 14 37（0x3714）

3、控制闸门升降：

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 LSB CRC

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 LSB MSB CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 LSB MSB LSB CRC

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 LSB MSB LSB MSB CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 03 LSB MSB CRC

例如：

发送：01 02 05 00 FF 00 00 03 23

接收：01 02 06 00 FF 01 00 03 17 23

发送：01 02 05 00 FF 00 00 03 17 FF/00 23//上升/下降

接收：01 02 06 00 FF 01 00 03 17 FF/00 16 23

发送：01 02 05 00 FF 00 00 03 17 FF/00 16 xx 23//上升/下降X

接收：01 02 06 00 FF 01 00 03 17 16 23

备注：上升(0XFF)、下降(0x00)

4、强制切换控制开关为远方自动

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 04 CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 04 LSB CRC

发送：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 04 LSB MSB CRC

接收：01 02 LSB MSB FF SESSION ADDRESS 04 LSB CRC

例如：

发送：01 02 07 00 FF 02 00 04 FB

接收：01 02 08 00 FF 01 00 04 00 18

发送：01 02 07 00 FF 02 00 04 00 FF 18(发送切换命令，唯一)

接收：01 02 08 00 FF 01 00 04 FF 18

根据以上通信协议，如图10所示，在远方自动工作方式下，实现远程控制的流程为：

Step1：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制请求。

Step2：现地测控单元在收到上位机的控制请求后，向上位机发送收到请求通知，并附带校验码A1。

Step3：上位机在收到现地测控单元的通知后，将闸门升/降命令以及收到的校验码A1发送给现地测控单元。

Step4：现地测控单元在收到闸门升/降命令后，判断校验码A1是否发生变化，若无变化向上位机发送确认通知，通知包括收到的闸门升/降命令以及校验码A1，并新附加一个校验码A2。若校验码A1发生变化，则重新执行Step2。

Step5：上位机在收到现地测控单元的确认通知后，检验A1是否发生变化，若无变化则向现地测控单元发送闸门升/降值B，发送数据包中包括闸门升/降命令、闸门升/降具体值B、校验码A1和A2。若A1发生变化，重新执行Step3。

Step6：现地测控单元在收到命令包后，检验校验码A2是否发生变化，若无变化，则根据指令通过PLC控制电路执行闸门的升/降，升/降的高度为B，执行完成后，向闸门监控中心上位机发送执行成功通知。若A1、A2发生变化，则重新执行Step4。

如图11所示，由上位机强制执行远方自动工作方式的控制流程为：

Step1：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制方式查询请求。

Step2：现地测控单元在收到上位机的查询请求后，向上位机发送当前控制方式通知，若当前为“现地手动”或“现地自动”工作方式，则发送字段0x00，并附带校验码C。

Step3：上位机在收到现地测控单元的当前控制方式通知后，若收到字段为0x00，则下达切换控制方式命令发送字段0x00FF，并附带校验码C，否则，发送0xFF00并附带校验码C。

Step4：现地测控单元在收到命令后，判断校验码C是否发生变化，C无变化时，若收到字段为0x00FF，则由现地测控单元的PLC控制电路自动切换开关KG1(在图8中表示)置于“远方自动”位置，否则，PLC控制电路不做任何响应。若C发生变化，则重新执行Step2。

Step5：现地测控单元PLC执行完成后，向闸门集中监控中心发出确认通知。

Claims (3)

1.一种基于工业无线跳频扩频的可编程控制系统，其特征在于包括闸门子系统和N个现场无线接入设备，其中闸门子系统由N个无线接入点AP以及工业一体化监控主机组成，现场无线接入设备都包括无线客户端模块ST、通信处理器模块和现地测控单元，无线接入点通过混合连接器(IP65)接入工业以太网互联与工业一体化监控主机互联；无线客户端模块ST分别通过混合连接器(IP65)接入工业以太网，并连接所对应的通信处理器模块，进而与现地测控单元实现互联通信；

所述现地测控单元包括PLC控制电路、LCD触摸显示屏、电动机控制回路、液压启闭机、继电器逻辑控制电路、闸门开度传感器、闸门荷重传感器、无线客户端模块ST和24VDC直流电源；液压启闭机的输出端分别接PLC控制电路以及继电器逻辑控制电路的一个输入端，PLC控制电路的一个输入\输出端分别与继电器逻辑控制电路的一个输出\输入端连接，闸门开度传感器与闸门荷重传感器的输出端分别接PLC控制电路的一个输入端，电动机控制回路的输出端接液压启闭机的输入端，PLC控制电路和继电器逻辑控制电路的一个输出端分别接电动机控制回路的输入端，PLC另外一个输出/输入端分别接LCD触摸显示屏的输入/输出端，PLC控制电路通过通信处理器模块CP341-1接入工业以太网与无线客户端模块ST连接，24VDC直流电源分别接PLC控制电路、LCD触摸显示屏、电动机控制回路、继电器逻辑控制电路以及无线客户端模块ST的输入端。

2.一种基于工业无线跳频扩频的可编程部署方法，其特征在于包括如下步骤：

1)部署闸门监控子系统于闸门集中监控中心：

所述闸门子系统由N个无线接入点AP以及工业一体化监控主机组成，无线接入点通过混合连接器(IP65)接入工业以太网互联与工业一体化监控主机互联，无线接入点AP负责协议的转换，包括物理层协议和数据链路层协议的转换，上传数据和命令、下行数据和命令的转发，其中N为大于1的自然数；

2)部署N个现场无线接入设备：

每个现场无线接入设备都包括无线客户端模块ST，无线客户端模块ST分别通过混合连接器(IP65)接入工业以太网，并连接所对应的通信处理器模块，进而与现地测控单元实现互联通信；

3)部署现地测控单元LCU及其执行元件：

常规继电器逻辑控制电路和可编程控制器控制电路的一个输入端分别接液压启闭机的输出端，可编程控制器控制电路的一个输出/入端接常规继电器逻辑控制电路的一个输入/出端，常规继电器逻辑控制电路和可编程控制器控制电路的另一个输出端分别与电动机控制回路的输入端连接，可编程控制器控制电路的另一个输入/出端接入工业触摸显示屏(LCD)，电动机控制回路的输出端接液压启闭机的输入端，可编程控制电路的通信处理器模块CP341-1与工业以太网连接；24V直流电源的电源输出端分别接电动机控制回路、常规继电器逻辑控制电路、可编程控制器控制电路、工业触摸显示屏(LCD)以及通信处理器模块CP341-1的电源输入端。

3.一种基于工业无线跳频扩频的可编程控制方法，包括远程无线控制、现地PLC自动控制及常规继电器手动控制三种控制方法，其特征在于在远程自动工作方式下，实现远程控制方法为：

Step1：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制请求；

Step2：现地测控单元在收到上位机的控制请求后，向上位机发送收到请求通知，并附带校验码A1；

Step3：上位机在收到现地测控单元的通知后，将闸门升/降命令以及收到的校验码A1发送给现地测控单元；

Step4：现地测控单元在收到闸门升/降命令后，判断校验码A1是否发生变化，若无变化向上位机发送确认通知，通知包括收到的闸门升/降命令以及校验码A1，并新附加一个校验码A2；若校验码A1发生变化，则重新执行步骤Step2；

Step5：上位机在收到现地测控单元的确认通知后，检验A1是否发生变化，若无变化则向现地测控单元发送闸门升/降值B，发送数据包中包括闸门升/降命令、闸门升/降具体值B、校验码A1和A2；若A1发生变化，重新执行步骤Step3；

Step6：现地测控单元在收到命令包后，检验校验码A2是否发生变化，若无变化，则根据指令通过PLC控制电路执行闸门的升/降，升/降的高度为B，执行完成后，向闸门监控中心上位机发送执行成功通知；若A1、A2发生变化，则重新执行Step4；

由上位机强制执行远方自动控制方法为：

a：闸门集中监控中心的上位机向现地测控单元发出控制方式查询请求；

b：现地测控单元在收到上位机的查询请求后，向上位机发送当前控制方式通知，若当前为现地PLC自动控制及常规继电器手动控制工作方式，则发送字段0x00，并附带校验码C；

c：上位机在收到现地测控单元的当前控制方式通知后，若收到字段为0x00，则下达切换控制方式命令发送字段0x00FF，并附带校验码C，否则，发送0xFF00并附带校验码C；

d：现地测控单元在收到命令后，判断校验码C是否发生变化，C无变化时，若收到字段为0x00FF，则由现地测控单元的PLC控制电路自动切换开关置于“远方自动”，否则，PLC控制电路不做任何响应；若C发生变化，则重新执行步骤b；

e：现地测控单元PLC执行完成后，向闸门集中监控中心发出确认通知。

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