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用PLC實現的蜂窩移動通信網基站參數采集系統
用PLC實現的蜂窩移動通信網基站參數采集系統
現代移動通信網采用了蜂窩結構的小區制，實行頻率復用，以提高頻率的利用率。為了達到覆蓋要求，增加通信用戶容量，就必須建立大量的移動通信基地站。由于基站的數目多，分布廣，單靠人工對基站進行巡查是困難的，因此，有必要建立對基站狀態的自動監測系統，以方便對基站的維護和管理。
可編程序控制器（PLC）作為新一代的工業控制裝置，其結構簡單、性能優良、可靠性高、抗干擾能力強，易學易用，并可進行在線修改，已被廣泛地應用于冶金、礦業、機械、輕工等工業控制領域，為工業自動化提供了有力的工具。目前PLC功能日益增強，特別是在配備了某些模塊后（如A/D、D/A等），可對模擬量進行采集和控制，并可具備遠程通信的功能，這使PLC的應用領域大大擴展。基于PLC的優點，我們把PLC應用于蜂窩移動通信網基站的參數采集，可對基站的發射功率、駐波比、交直流電源的電壓等進行實時監測，并可采集基站內的火警、盜警等信息，然后利用PLC的遠程通信功能把信息送回監控室，實現基站的無人值守。
一、基站參數采集系統的構成
根據對基站監測的要求，這套系統要對基站各信道發射機的發射功率、反射功率、基站設備用的24V和12V電源電壓、交流電源的電壓、整流告警和熔絲告警等信息進行實時監測，并能對基站的房間氣溫及防火、防盜等安全信息進行監測。
系統的組成如圖1所示。
系統的核心是數據采集器，各信道的發射功率和反射功率經變送器變換為0～5V的模擬電壓后送給數據采集器；交流電壓、12V直流電壓、24V直流電壓也經過變送器變為0～5V電壓送往數據采集器；房間氣溫由溫度傳感器探測后轉為0～5V電壓送給數據采集器；整流告警、熔絲告警信息為開關量，煙感、溫感探測器組成防火報警系統，其輸出為開關量，紅外防盜報警器也輸出開關量，這些開關量都送往數據采集器進行采集。
圖中的數據采集器由日本松下電工公司生產的小型PLC產品FP1實現。FP1雖然是小型機，但性能價格比高，硬件配置較全。它可以通過增加I/O模塊來進行擴充，最大可擴充至幾百點；通過擴充A/D模塊，可實現對模擬量的輸入；機上配有RS232接口，可實現PLC與PC機之間的通信。因而比較容易配置成數據采集系統。
二、用FP1實現的數據采集器
數據采集器由FP1－C24主控單元擴充A/D單元組成，如圖2所示。其中A/D單元負責模擬量的輸入，而主控單元負責開關量的輸入及為模擬量作多路選擇開關。
FP1的A/D單元有四個模擬輸入通道（CH0～CH3），其占用的I/O通道分別為：
CH0——WX9 （X90-X9F）
CH1——WX10（X100-X10F）
CH2——WX11（X110-X11F）
CH3——WX12（X120-X12F）
每個通道可以以電壓或電流輸入，分辨率為滿量程的1%，電壓輸入時輸入范圍是0～5V或0～10V可選。本系統采用0～5V電壓輸入。由于每個主控單元只能帶一個A/D單元，而每個A/D單元只有4個輸入通道，為了能測量更多的模擬量，需要利用多路選擇開關選擇模擬量后再輸入A/D模塊。在本系統中，CH2通道作12V電壓測量，CH3通道作24V電壓測量，而CH0和CH1通道經過多路選擇開關擴展后作發射功率和反射功率的測量以及作基站室內氣溫和交流電壓的測量。
C24主控單元有16個輸入口（X0～XF）及8個輸出口（Y0～Y7）。輸入口X0～XF作開關量輸入，X0～XF分成兩組，其中X0～X7用于熔絲告警、整流告警等信號的輸入，對這類信號系統不需要鎖存；而X8～XF用于防盜報警、火災報警等信號的輸入，對這類信號系統要對出現過的情況進行鎖存，直到監控室發命令復位為止。用于X8輸入鎖存的梯形圖如圖3所示，用于X9～XF鎖存的梯形圖與圖3類似。PLC內部通用寄存器R148～R14F分別用于X8～XF的鎖存，R15D作復位寄存器，由PC機通過RS232口送命令來置位或復位，當它被置為導通時R148～R14F被復位，當R15D被置為開路時，X8～XF監視輸入信號。
輸出繼電器Y2～Y7用作多路選擇開關，其連線如圖2所示。其中Y2、Y4、Y6作為一組，送到Y2、Y4、Y6的信號經過選擇后送到A/D單元的CH1通道，用于發射功率和交流電壓測量；Y3、Y5、Y7作為另外一組，選出的信號送往A/D單元的CH0通道，用于反射功率和室內氣溫的測量。PLC進行編程使Y2、Y4、Y6及Y3、Y5、Y7輪流導通，如圖4所示。當相應輸出繼電器導通時，相應信號接入A/D單元的CH0或CH1通道，讀取這時CH0和CH1通道A/D轉換的值（WX9，WX10）存入對應的存儲單元，即可實現對多路模擬信號的采集。為了避免在切換輸入時讀入的數據不確定，必須在切換前停止讀取A/D值（WX9，WX10），如圖4所示。由于基站每個信道的發射功率和反射功率要同時讀取才能得出駐波比，因而要分成兩組多路選擇開關，Y2、Y3同時導通同時采集，Y4、Y5和Y6、Y7也一樣。如要采集更多的模擬量輸入，可采用帶有更多輸出繼電器的主控單元（如C40）及增加擴充I/O模塊（如E8，E40等）。Y0輸出繼電器用于煙感報警器的復位用。
三、PLC與PC機的通信
FP1可通過RS232口或RS422口與PC機進行通信，PC機通過通信口可以設置PLC、對PLC進行編程、對PLC的繼電器和寄存器的狀態進行讀取或設置。FP1采用日本松下電工公司的專用通信協議即MEWTOCOL-COM標準協議，其格式如下：
其中BCC是塊檢查碼，由前面的字符按一定規則產生，松下電工公司已給出了BCC的生成程序；CR是結束碼，值為0DH。
FP1－C24主控單元同時帶有RS232和RS422口，本系統把RS422口用于對PLC進行編程，而把RS232口作為與計算機的遠程通信口。PLC把采集到的基站信息經過預處理后存在內部通用數據寄存器DT100～DT145單元，對PC機用VB編程，通過COM2口向 PLC發送數據塊讀取命令RD，PLC收到命令后把DT100～DT145的數據通過RS232口送給計算機，這些數據經計算機處理后在顯示器上顯示，從而實現對基站的監測。同時，PC機通過向PLC發送寫觸點命令WCS設置R15D及Y0，可實現對鎖存了的X8～XF信號及煙感報警器的復位。程序流程如圖5所示。
綜上所述，本系統把PLC用于數據采集，在擴充了A/D模塊后，利用PLC的輸出繼電器構成多路選擇開關，從而實現對多路模擬信號的采集。由于PLC的優點，用PLC構成的數據采集系統具有可靠性高、抗干擾能力強、構成方便等優點。經過實驗表明，用PLC實現的數據采集器能可靠地工作。