用PLC实现的蜂窝移动通信网基站参数采集系统

    摘 要： 介绍了一个用日本松下电工公司的小型可编程序控制器（PLC）产品FP1-C24实现的蜂窝移动通信网基站参数采集系统。因为采用了PLC作为数据采集器，使该系统具有可靠性高、成本低等优点。

    关键词： 可编程序控制器（PLC） 数据采集 蜂窝移动通信网    

    现代移动通信网采用了蜂窝结构的小区制，实行频率复用，以提高频率的利用率。为了达到覆盖要求，增加通信用户容量，就必须建立大量的移动通信基地站。由于基站的数目多，分布广，单靠人工对基站进行巡查是困难的，因此，有必要建立对基站状态的自动监测系统，以方便对基站的维护和管理。

    可编程序控制器（PLC）作为新一代的工业控制装置，其结构简单、性能优良、可靠性高、抗干扰能力强，易学易用，并可进行在线修改，已被广泛地应用于冶金、矿业、机械、轻工等工业控制领域，为工业自动化提供了有力的工具。目前PLC功能日益增强，特别是在配备了某些模块后（如A/D、D/A等），可对模拟量进行采集和控制，并可具备远程通信的功能，这使PLC的应用领域大大扩展。基于PLC的优点，我们把PLC应用于蜂窝移动通信网基站的参数采集，可对基站的发射功率、驻波比、交直流电源的电压等进行实时监测，并可采集基站内的火警、盗警等信息，然后利用PLC的远程通信功能把信息送回监控室，实现基站的无人值守。

   １ 基站参数采集系统的构成

    根据对基站监测的要求，这套系统要对基站各信道发射机的发射功率、反射功率、基站设备用的24V和12V电源电压、交流电源的电压、整流告警和熔丝告警等信息进行实时监测，并能对基站的房间气温及防火、防盗等安全信息进行监测。

    系统的组成如图１所示。系统的核心是数据采集器，各信道的发射功率和反射功率经变送器变换为0～5V的模拟电压后送给数据采集器；交流电压、12V直流电压、24V直流电压也经过变送器变为0～5V电压送往数据采集器；房间气温由温度传感器探测后转为0～5V电压送给数据采集器；整流告警、熔丝告警信息为开关量，烟感、温感探测器组成防火报警系统，其输出为开关量，红外防盗报警器也输出开关量，这些开关量都送往数据采集器进行采集。

    图中的数据采集器由日本松下电工公司生产的小型PLC产品FP1实现。FP1虽然是小型机，但性能价格比高，硬件配置较全。它可以通过增加I/O模块来进行扩充，最大可扩充至几百点；通过扩充A/D模块，可实现对模拟量的输入；机上配有RS232接口，可实现PLC与PC机之间的通信。因而比较容易配置成数据采集系统。

    ２ 用FP1实现的数据采集器

数据采集器由FP1-C24主控单元扩充A/D单元组成，如图２所示。其中A/D单元负责模拟量的输入，而主控单元负责开关量的输入及为模拟量作多路选择开关。

    FP1的A/D单元有四个模拟输入通道（CH0～CH3），其占用的I/O通道分别为：

    CH0——WX9 （X90-X9F）

    CH1——WX10（X100-X10F）

    CH2——WX11（X110-X11F）

    CH3——WX12（X120-X12F）

    每个通道可以以电压或电流输入，分辨率为满量程的1%，电压输入时输入范围是0～5V或0～10V可选。本系统采用0～5V电压输入。由于每个主控单元只能带一个A/D单元，而每个A/D单元只有４个输入通道，为了能测量更多的模拟量，需要利用多路选择开关选择模拟量后再输入A/D模块。在本系统中，CH2通道作12V电压测量，CH3通道作24V电压测量，而CH0和CH1通道经过多路选择开关扩展后作发射功率和反射功率的测量以及作基站室内气温和交流电压的测量。

    C24主控单元有16个输入口（X0～XF）及8个输出口（Y0～Y7）。输入口X0～XF作开关量输入，X0~XF分成两组，其中X0～X7用于熔丝告警、整流告警等信号的输入，对这类信号系统不需要锁存；而X8～XF用于防盗报警、火灾报警等信号的输入，对这类信号系统要对出现过的情况进行锁存，直到监控室发命令复位为止。用于X8输入锁存的梯形图如图3所示，用于X9～XF锁存的梯形图与图3类似。PLC内部通用寄存器R148～R14F分别用于X8～XF的锁存，R15D作复位寄存器，由PC机通过RS232口送命令来置位或复位，当它被置为导通时R148～R14F被复位，当R15D被置为开路时，X8～XF监视输入信号。

    输出继电器Y2～Y7用作多路选择开关，其连线如图2所示。其中Y2、Y4、Y6作为一组，送到Y2、Y4、Y6的信号经过选择后送到A/D单元的CH1通道，用于发射功率和交流电压测量；Y3、Y5、Y7作为另外一组，选出的信号送往A/D单元的CH0通道，用于反射功率和室内气温的测量。PLC进行编程使Y2、Y4、Y6及Y3、Y5、Y7轮流导通，如图4所示。当相应输出继电器导通时，相应信号接入A/D单元的CH0或CH1通道，读取这时CH0和CH1通道A/D转换的值（WX9，WX10）存入对应的存储单元，即可实现对多路模拟信号的采集。为了避免在切换输入时读入的数据不确定，必须在切换前停止读取A/D值（WX9，WX10），如图４所示。由于基站每个信道的发射功率和反射功率要同时读取才能得出驻波比，因而要分成两组多路选择开关，Y2、Y3同时导通同时采集，Y4、Y5和Y6、Y7也一样。如要采集更多的模拟量输入，可采用带有更多输出继电器的主控单元（如C40）及增加扩充I/O模块（如E8，E40等）。

    Y0输出继电器用于烟感报警器的复位用。

    ３ PLC与PC机的通信

    FP1可通过RS232口或RS422口与PC机进行通信，PC机通过通信口可以设置PLC、对PLC进行编程、对PLC的继电器和寄存器的状态进行读取或设置。FP1采用日本松下电工公司的专用通信协议即MEWTOCOL-COM标准协议，其格式如下：

    其中BCC是块检查码，由前面的字符按一定规则产生，松下电工公司已给出了BCC的生成程序；CR是结束码，值为0DH。

    FP1-C24主控单元同时带有RS232和RS422口，本系统把RS422口用于对PLC进行编程，而把RS232口作为与计算机的远程通信口。PLC把采集到的基站信息经过预处理后存在内部通用数据寄存器DT100～DT145单元，对PC机用VB编程，通过COM2口向PLC发送数据块读取命令RD，PLC收到命令后把DT100～DT145的数据通过RS232口送给计算机，这些数据经计算机处理后在显示器上显示，从而实现对基站的监测。同时，PC机通过向PLC发送写触点命令WCS设置R15D及Y0，可实现对锁存了的X8～XF信号及烟感报警器的复位。程序流程如图５所示。

    综上所述，本系统把PLC用于数据采集，在扩充了A/D模块后，利用PLC的输出继电器构成多路选择开关，从而实现对多路模拟信号的采集。由于PLC的优点，用PLC构成的数据采集系统具有可靠性高、抗干扰能力强、构成方便等优点。经过实验表明，用PLC实现的数据采集器能可靠地工作。