定量配料實踐教學的遠程監控係統包含上位機MCGS組態軟件，網絡控製網關，以及ARM嵌入式定量配料控製器。上位機通過MCGS組態軟件來監控定量配料係統，網絡控製器網關首先分析MCGS組態軟件發出的協議分析，再通過RS485總線方式遠程控製ARM嵌入式定量配料控製器。
1總體設計
定量配料實踐教學的遠程監控係統是通過中心監控室可以監控車間各個皮帶秤的傳送的材料的量。定量配料實踐教學的遠程監控係統設計框圖如圖1所示。

遠程監控計算機通過MCGS組態軟件來控製並配料，各個皮帶秤料成分量，由MCGS上研華4024采集模塊通過串口傳輸發送數據網關，網關對研華4024模塊協議進行分析，並傳輸給各個皮帶秤控製台。皮帶秤控製台通過靜態秤，動態秤壓力傳感器實時反饋實際的皮帶秤料的量，遠程監控計算機通過MCGS組態軟件研華4017采集模塊對其皮帶秤的量實時采集。遠程監控計算機通過MCGS組態軟件研華4060采集模塊對各個皮帶秤的開關進行控製。
2遠程監控計算機MCGS組態軟件
MCGS即“監視與控製通用係統”，MCGS是為工業過程控製和實時監測領域服務的通用計算機係統軟件，具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點，用於快速構造和生成上位機監控係統的組態軟件係統，它提供了從數據采集到數據處理、報警處理、流程控製、動畫顯示、報表輸出等解決實際工程問題的完整方案。
MCGS組態軟件建立實時數據庫，便於用戶分步組態，保證係統安全可靠運行。MCGS組態軟件由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數據庫和運行策略5部分構成。其中的“實時數據庫”是整個係統的核心。在生成用戶應用係統時，每一部分均可分別進行組態配置，獨立建造，互不相幹；而在係統運行過程中，各個部分都通過實時數據庫交換數據，形成互相關聯的整體。實時數據庫是一個數據處理中心，是係統各個部分及其各種功能性構件的公用數據區。各個部件獨立地向實時數據庫輸入和輸出數據，並完成自己的差錯控製。
2.1MCGS組態軟件設計
組態軟件MCGS配料生產線控製係統的設計，首先，通過配料各種成分的每兩秒給定K8凯发登录入口，或者配料各種成分配比比例係數對配料進行設定。其次，通過配料秤啟停開關控製各台皮帶秤的運行和停止。通過動態秤當前K8凯发登录入口、動態秤累計K8凯发登录入口、皮帶秤運行時間對各台皮帶秤狀態進行監控。
給定K8凯发登录入口設定使用設備管理中設備2研華4024，在實時數據庫中添加4個皮帶秤的K8凯发登录入口設定參數，連接到設備2研華4024中。在用戶窗口中輸入各皮帶秤的設定參數對下載給定K8凯发登录入口按鈕用腳本控製。如下腳本程序：
!SetDevice(設備2,1,"")    //打開設備2
!Sleep(2000)    //工作2秒
!SetDevice(設備2,2,"")    //關閉設備2
運行開關運行=1    //運行開關運行為1，顯示控製按鈕
//組態運行
當下載給定K8凯发登录入口後，組態運行按鈕顯示，啟動組態運行按鈕整個係統開始工作檢測。配料秤啟停開關使用設備管理中設備3研華4060。動態秤當前K8凯发登录入口、動態秤累計K8凯发登录入口、皮帶秤運行時間使用設備管理中設備1研華4017。
2.2MCGS組態軟件協議分析
網關通過接收上位機組態軟件MCGS發來的指令，進行分析判斷指令協議並控製下麵各台皮帶秤。必須首先了解MCGS中所構建設備的通信協議，在該實驗係統中所使用的設備的通信協議如下：
（1）研華4017模塊
上位機發送：#地址號+回車(0x0D)例如：#01回車；
下位機發送：+數據1+數據2+……+數據8+回車(0x0D)；數據要求字符串6個字節，例如：+3.1234+12.456+……+
1.2563(0x0D)。
（2）研華4024模塊
上位機發送：$地址號I+回車(0x0D)例如：$02I回車；下位機發送：回車(0x0D)；
上位機發送：#地址號+C設定的下位機參數號+數據+回車(0x0D)；
例如：#02C0+100.00(0x0D)。
（3）研華4017模塊
上位機發送：#地址號+回車(0x0D)例如：#07回車。通過上述協議網關控製器ARM通過串口RS485接收到上位機發出的命令，解析並控製各台皮帶秤。
3網絡控製網關設計
網絡控製網關選用嵌入式微處理器ARMLPC2136作為主機的核心處理，LPC2136微處理器是高性能、低功耗、高集成度並具有工業級溫度範圍和性能的微處理器。其內部集成串口等外設接口,通過片內PLL（100us的設置時間）可實現最大為60MHz的CPU操作頻率。這樣使得主機設計簡潔、方便、小巧同時功能齊全。網絡控製網關電路框圖如圖2所示。

網絡控製網關電路包含了複位電路、時鍾電路以及串口RS485轉換電路等。網絡控製網關通過RS485串口總線通信來控製下位機，並對MCGS組態軟件的通信協議的解析。
3.1網絡控製網關硬件
網絡控製器網關包含了複位電路、時鍾電路、串口RS485轉換電路等，複位電路如圖3所示。

在圖3中，信號nRST連接到LPC2136芯片上的複位引腳RESET，當開關S1按下時，nRST直接接地被拉低，使得LPC2136芯片複位並重新工作。
時鍾電路如圖4所示，網絡控製網關采用的外部11.
0592MHz晶振，為嵌入式微處理器ARMLPC2136提供穩定的工作時鍾，並使得串口波特率更精確。串口RS485轉換電路如圖5所示。

串口RS485轉換電路采用MAX485芯片。MAX485采用單一電源+5V工作，額定電流為300μA，采用半雙工通信方式。它完成將TTL電平轉換為RS485電平的功能。MAX485芯片的結構和引腳都非常簡單,內部含有一個驅動器和接收器。
RO和DI端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時隻需分別與單片機的RXD和TXD相連即可；/RE和DE端分別為接收和發送的使能端，當/RE為邏輯0時，器件處於接收狀態；當DE為邏輯1時，器件處於發送狀態，因為MAX485工作在半雙工狀態，所以隻需用單片機的一個管腳控製這兩個引腳即可；A端和B端分別為接收和發送的差分信號端，當A引腳的電平高於B時，代表發送的數據為1；當A的電平低於B端時，代表發送的數據為0。在與單片機連接時接線非常簡單。隻需要一個信號控製MAX485的接收和發送即可。同時將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω左右的電阻。
3.2網絡控製網關軟件
網絡控製網關主要是包含接收上位機命令解析，以及各個皮帶秤控製命令發送，獲取各個皮帶秤的當前的狀態。網絡控製器程序設計主要是端口初始化、串口初始化、判斷串
口是否接收到有效的命令，接收到有效的數據根據MCGS通信協議判斷具體的命令並處理。程序的主流程如圖6所示。

當網絡控製網關接收到上位機MCGS通過RS485發出的命令以後，有效數據標誌位置1。程序進入解析程序函數。根據MCGS組態軟件通信協議，首先判斷是那種命令，如：接收到#010x0D（0x0D一個字節命令尾標誌）命令，此命令為研華4017模塊命令，是獲取下位機動態秤當前K8凯发登录入口、動態秤累計K8凯发登录入口、皮帶秤運行時間3個量的實時數據。接收到#0300000x0D命令，此命令為研華4060模塊命令，是控製皮帶秤啟停的命令。是關閉所有皮帶秤。命令的後16進製兩位為8位二進製，分別一二進製位控製一路開關量。接收到#$02I0x0D命令，此命令為研華4024模塊命令，是下載給定K8凯发登录入口命令。當接收到這個命令後，網絡控製網關要給上位機發一個0x0D命令，上位機MCGS組態軟件接收到命令，向網絡控製網發#02C0+100.000x0D命令，第五位的0表示下位機的參數號，+號後麵的表示下載給0號設備的給定K8凯发登录入口。通過解析這些命令並給下位發出命令。
在串口中斷方式接收數據的過程中，首先要判斷是否為有效數據頭，如：#或$兩種符號，#為研華4017,4060模塊以及4024發數據的命令的開始字節，$為研華4024模塊準備發數據的請求命令開始字節。接收的是命令字的開始字節，接收標誌位置1。其次判斷是否為有效數據尾標誌，如：0x0D命令，接標誌位清0，並使有效數據標誌位置1，接收到有效數據做相應的處理。最後判斷接收標誌位為1，直接接收上位機MCGS組態軟件發出的命令字節。串口中斷方式接收數據流程圖如圖7所示。

4係統調試及結果
在配料實驗室進行的整體調試，很好地控製各台皮帶秤的運行。上位機MCGS組態軟件上監控結果圖如圖8所示。

分別為各台皮帶秤下載給定K8凯发登录入口為每兩秒100、200、150、50g後，4台皮帶秤在運行100s以後的結果圖。顯示當前K8凯发登录入口分別為每兩秒100.1、199.7、149.9、50.6g，實現了對定量配料過程的遠程監控。
5結語
遠程監控係統針對皮帶秤配料工作環境差，噪聲大等不利人長時間工作特點，遠程監控皮帶秤配料工作的整個過程。遠程監控係統采用嵌入式微處理器ARMLPC2136，具有高性能、低功耗、低成本等特點。經實驗驗證，該方案實驗效果較好，並已經應用到了實驗室項目中。

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