定量配料实践教学的远程监控系统包含上位机MCGS组态软件，网络控制网关，以及ARM嵌入式定量配料控制器。上位机通过MCGS组态软件来监控定量配料系统，网络控制器网关首先分析MCGS组态软件发出的协议分析，再通过RS485总线方式远程控制ARM嵌入式定量配料控制器。
1总体设计
定量配料实践教学的远程监控系统是通过中心监控室可以监控车间各个皮带秤的传送的材料的量。定量配料实践教学的远程监控系统设计框图如图1所示。

远程监控计算机通过MCGS组态软件来控制并配料，各个皮带秤料成分量，由MCGS上研华4024采集模块通过串口传输发送数据网关，网关对研华4024模块协议进行分析，并传输给各个皮带秤控制台。皮带秤控制台通过静态秤，动态秤压力传感器实时反馈实际的皮带秤料的量，远程监控计算机通过MCGS组态软件研华4017采集模块对其皮带秤的量实时采集。远程监控计算机通过MCGS组态软件研华4060采集模块对各个皮带秤的开关进行控制。
2远程监控计算机MCGS组态软件
MCGS即“监视与控制通用系统”，MCGS是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计算机系统软件，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，它提供了从数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等解决实际工程问题的完整方案。
MCGS组态软件建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行。MCGS组态软件由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略5部分构成。其中的“实时数据库”是整个系统的核心。在生成用户应用系统时，每一部分均可分别进行组态配置，独立建造，互不相干；而在系统运行过程中，各个部分都通过实时数据库交换数据，形成互相关联的整体。实时数据库是一个数据处理中心，是系统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区。各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据，并完成自己的差错控制。
2.1MCGS组态软件设计
组态软件MCGS配料生产线控制系统的设计，首先，通过配料各种成分的每两秒给定流量，或者配料各种成分配比比例系数对配料进行设定。其次，通过配料秤启停开关控制各台皮带秤的运行和停止。通过动态秤当前流量、动态秤累计流量、皮带秤运行时间对各台皮带秤状态进行监控。
给定流量设定使用设备管理中设备2研华4024，在实时数据库中添加4个皮带秤的流量设定参数，连接到设备2研华4024中。在用户窗口中输入各皮带秤的设定参数对下载给定流量按钮用脚本控制。如下脚本程序：
!SetDevice(设备2,1,"")    //打开设备2
!Sleep(2000)    //工作2秒
!SetDevice(设备2,2,"")    //关闭设备2
运行开关运行=1    //运行开关运行为1，显示控制按钮
//组态运行
当下载给定流量后，组态运行按钮显示，启动组态运行按钮整个系统开始工作检测。配料秤启停开关使用设备管理中设备3研华4060。动态秤当前流量、动态秤累计流量、皮带秤运行时间使用设备管理中设备1研华4017。
2.2MCGS组态软件协议分析
网关通过接收上位机组态软件MCGS发来的指令，进行分析判断指令协议并控制下面各台皮带秤。必须首先了解MCGS中所构建设备的通信协议，在该实验系统中所使用的设备的通信协议如下：
（1）研华4017模块
上位机发送：#地址号+回车(0x0D)例如：#01回车；
下位机发送：+数据1+数据2+……+数据8+回车(0x0D)；数据要求字符串6个字节，例如：+3.1234+12.456+……+
1.2563(0x0D)。
（2）研华4024模块
上位机发送：$地址号I+回车(0x0D)例如：$02I回车；下位机发送：回车(0x0D)；
上位机发送：#地址号+C设定的下位机参数号+数据+回车(0x0D)；
例如：#02C0+100.00(0x0D)。
（3）研华4017模块
上位机发送：#地址号+回车(0x0D)例如：#07回车。通过上述协议网关控制器ARM通过串口RS485接收到上位机发出的命令，解析并控制各台皮带秤。
3网络控制网关设计
网络控制网关选用嵌入式微处理器ARMLPC2136作为主机的核心处理，LPC2136微处理器是高性能、低功耗、高集成度并具有工业级温度范围和性能的微处理器。其内部集成串口等外设接口,通过片内PLL（100us的设置时间）可实现最大为60MHz的CPU操作频率。这样使得主机设计简洁、方便、小巧同时功能齐全。网络控制网关电路框图如图2所示。

网络控制网关电路包含了复位电路、时钟电路以及串口RS485转换电路等。网络控制网关通过RS485串口总线通信来控制下位机，并对MCGS组态软件的通信协议的解析。
3.1网络控制网关硬件
网络控制器网关包含了复位电路、时钟电路、串口RS485转换电路等，复位电路如图3所示。

在图3中，信号nRST连接到LPC2136芯片上的复位引脚RESET，当开关S1按下时，nRST直接接地被拉低，使得LPC2136芯片复位并重新工作。
时钟电路如图4所示，网络控制网关采用的外部11.
0592MHz晶振，为嵌入式微处理器ARMLPC2136提供稳定的工作时钟，并使得串口波特率更精确。串口RS485转换电路如图5所示。

串口RS485转换电路采用MAX485芯片。MAX485采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通信方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器。
RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端，当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。在与单片机连接时接线非常简单。只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω左右的电阻。
3.2网络控制网关软件
网络控制网关主要是包含接收上位机命令解析，以及各个皮带秤控制命令发送，获取各个皮带秤的当前的状态。网络控制器程序设计主要是端口初始化、串口初始化、判断串
口是否接收到有效的命令，接收到有效的数据根据MCGS通信协议判断具体的命令并处理。程序的主流程如图6所示。

当网络控制网关接收到上位机MCGS通过RS485发出的命令以后，有效数据标志位置1。程序进入解析程序函数。根据MCGS组态软件通信协议，首先判断是那种命令，如：接收到#010x0D（0x0D一个字节命令尾标志）命令，此命令为研华4017模块命令，是获取下位机动态秤当前流量、动态秤累计流量、皮带秤运行时间3个量的实时数据。接收到#0300000x0D命令，此命令为研华4060模块命令，是控制皮带秤启停的命令。是关闭所有皮带秤。命令的后16进制两位为8位二进制，分别一二进制位控制一路开关量。接收到#$02I0x0D命令，此命令为研华4024模块命令，是下载给定流量命令。当接收到这个命令后，网络控制网关要给上位机发一个0x0D命令，上位机MCGS组态软件接收到命令，向网络控制网发#02C0+100.000x0D命令，第五位的0表示下位机的参数号，+号后面的表示下载给0号设备的给定流量。通过解析这些命令并给下位发出命令。
在串口中断方式接收数据的过程中，首先要判断是否为有效数据头，如：#或$两种符号，#为研华4017,4060模块以及4024发数据的命令的开始字节，$为研华4024模块准备发数据的请求命令开始字节。接收的是命令字的开始字节，接收标志位置1。其次判断是否为有效数据尾标志，如：0x0D命令，接标志位清0，并使有效数据标志位置1，接收到有效数据做相应的处理。最后判断接收标志位为1，直接接收上位机MCGS组态软件发出的命令字节。串口中断方式接收数据流程图如图7所示。

4系统调试及结果
在配料实验室进行的整体调试，很好地控制各台皮带秤的运行。上位机MCGS组态软件上监控结果图如图8所示。

分别为各台皮带秤下载给定流量为每两秒100、200、150、50g后，4台皮带秤在运行100s以后的结果图。显示当前流量分别为每两秒100.1、199.7、149.9、50.6g，实现了对定量配料过程的远程监控。
5结语
远程监控系统针对皮带秤配料工作环境差，噪声大等不利人长时间工作特点，远程监控皮带秤配料工作的整个过程。远程监控系统采用嵌入式微处理器ARMLPC2136，具有高性能、低功耗、低成本等特点。经实验验证，该方案实验效果较好，并已经应用到了实验室项目中。

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