GPRS换热站无线远程监控系统方案 - 新维致远无线远程监控工控博客技术论文

    系统概述
    供热系统是一个多参量、大滞后的复杂系统，供热系统综合节能控制技术，有针对性的解决供热系统热源、管网、终端用户三个部分实际问题，提供三个主要环节的信息化管理平台，实现了热源控制一体化，管网智能化，终端用户信息化；解决了系统整体过量供热，管网存在水力失调，室温存在冷热不均及锅炉冷凝水的问题，达到整个系统的节能目的；提高了供热品质及舒适度，延长了设备的使用寿命。我公司研发的CGC-HESWCS换热站无线监控系统及锅炉监控系统是集现代计算机技术、自动控制技术和通讯技术为一体的，全面地监测热网的运行参数，控制热网的供热温度，为“按需供热”提供有效技术保障。系统节能率10—30%，使用寿命在10年以上。
    换热站系统是为用户采暖而设计的，它将锅炉房供来的一次测高温热水，通过热交换器换成二次测低温热水，再供往各个建筑物进行冬季采暖。目前换热站大都采用人工监控，既浪费人力又存在事故隐患，并且各站之间难以统一调度，容易造成热力失衡。
    　　本系统是对热交换系统的整体改造，将热交换采用当今最先进的自动化控制系统。采用GPRS无线远程监控系统进行监控。使用一台计算机作为上位机，通过无线数据传输模块，对各个换热站的工作状态进行远程监控。现场采用OMRON公司的PLC进行数据采集、处理、工况监测、故障保护及事故报警和短信通知等功能。正常情况下，上位机的监控人员根据上传数据可实时通过上位机对该站的水泵进行起停控制，实现换热站的无人值守。

    系统特点

    系统组成
    　　中心站—中心微机站—系统软件—移动监测分机-测站机—变送器
    　　中心站：中心站机采用本公司研发的RD-20系统主机，该产品广泛应用于供热行业，荣获科技部和建设部的奖励并被重点推广，已被国内多家用户采用。该系统将完成对各测控点温度、压力、流量、热量、开关量等参数的采集、整理、存储，具有数据查询、计算、分析、统计、打印报表、发出控制指令及网络发布信息的功能。
    　　分中心站：分中心站机是一台特制的高性能手机，具有收集和查询数据的功能，称为移动监测分机。
    　　测　　站：测站由测站机、各种传感器、电动调节阀等部分组成
    换热站计算机监控系统按照功能可分为两部分：上位机（监控中心）和下位机（本地PLC）。

    本系统由作为上位机的计算机、无线数据传输模块、天线、各种传感器、和作为下位机的PLC构成上位机链接系统。上位机提供良好的人机界面，对全网进行监控和管理;下位机直接参与现场控制，通过各种传感器采集实时参数以及发出控制命令。上位机和下位机之间通过无线数据传输设备进行无线通信。
    系统选用的PLC型号为C200HE_CPU42，内置上位机链接单元，安装了数字量信号输入单元ID212，数字量信号输出单元OC224，模拟量信号输入单元AD003和温度传感器单元TS102。
    　1、特殊I/O单元
    　　特殊I/O单元AD003和TS102需要进行单元号的设置，以确定每一路模拟量输入所占用的IR和DM区域。本系统中，模拟量输入为9路，故需要两个AD-003模块，将其对应的单元号分别设为0和1，即分别分配给它们IR100～IR109和DM1000～DM1099，IR110～IR119和DM1100～DM1199。温度输入为2路，故选要一个TS102模块，单元号设为2，分配给它IR100～IR109和DM1000～DM1099。
    　2、无线数据传输模块
    　　本系统采用无线数据传输模块CGC2000作为计算机与可编程序控制器的数据传输媒介。计算机（或PLC）和模块之间的通信是通过RS-232异步串口来完成的，该模块在本系统中只作数据传输使用，它与计算机和PLC接线为简单的三线连接即可。
    　　在本系统中，模块以广播的方式发送信息，而通过PLC上位机链接的帧格式中的节点号来判断接收方和发送方。对于节点号不符的信息，将由PLC拒绝接收。
    3 、上位机链接通信
    　　上位机链接通信用来在PLC和上位机之间传送数据，使得上位机可以使用上位机链接命令监视PLC的运行状态和数据区的内容。还可以使用TXD（—）指令将PLC数据区的数据传送到上位机。
    　　上位机链接通信是一种主从总线通信方式，以上位机作为工业局域网通信的主站，其它所有连入该网的PLC皆为从站。在本系统中，上位计算机监控各换热站工作，各站独立运行，彼此之间无数据交换，故在数据传送方式上属主从通信。
    　　在主站与某一从站建立起联系后，采用有应答方式进行通信，主站以命令帧形式发出命令，从站用响应帧应答。在命令帧或响应帧中包含着需要通信的数据，通过命令帧与响应帧的应答，就能使要交换的数据顺利到达对方。
    　　下面介绍命令帧与响应帧格式。
    　　命令帧格式：

    　　
    　　响应帧格式：

    　　
    FCS校验码用于检查传送时是否存在数据错误。结束码表示命令完成的状态，若PLC正确执行了上位机下达的命令，则结束码为00;若发生了错误，结束码为非0。

    系统功能

    上位机主要功能
    　　（1）巡回检测各换热站及泵房的实时参数,包括各站每台泵的工作状态、过载状态、泵电流，各站二次侧回水压力、出水压力、回水温度、出水温度、水位等。
    　　（2）接收和记录下位机传来的报警信号，包括电源掉电，火警，盗警信号。
    　　（3）远程开、关泵操作。可分别对各站每台泵单独进行起、停控制操作。
    （4）使用曲线图、表格方式显示实时数据和历史数据以及表格打印。
    下位机主要功能
    　　（1）现场数据采集和处理，发出执行动作信号，与上位机交换信息。
    　　（2）二次侧回水温度、出水温度、回水压力、出水压力监测。
    　　（3）二次侧各泵电流的监测及电流超高、低限时自动停泵。
    现场控制机是集散型控制系统的终端环节，既可独立工作，也可以接受中央管理工作站的监督指导。现场控制机与其所控系统内的传感器、执行器及被控设备组成了一个相对独立的控制单元。现场控制机的主要功能如下：

    1）参数检测：主要完成管网现场过程的模拟量（如温度、压力、热量等）、状态量（如泵的状态、温度等）及脉冲量的测量。
    2）数据存储：由于热网运行的大惰性，和控制系统的非实时性，要求现场控制设备能按指定的时间间隔进行参数存储，一般情况下这些参数通过通讯网络定期传输到监控中心的服务器中。
    3）通讯：现场控制设备必须能够在主动或被动方式下与监控中心通过某种通讯网络进行数据通信，以便监控中心能了解系统的整个运行状况，做到系统协调优化运行。
    4）显示操作功能：现场控制设备具备液晶显示和操作界面，以方便运行人员在现场对运行状况一目了然，同时可以人工直接控制调节系统运行工况。

    系统效果

    热网控制的目的是用最经济的手段将需要的热能安全地送到需要它的地方。由于供热是要在城市中保证热量的最终需要用户的室内温度，因此利用辅助监控设备监测供热用户的室内温度是否达到要求就成为必要。
    一般情况下，每个按换热站划分的供热区域应当根据供热面积的大小并根据管网阻力大小及最不利状况安置2～6个室内温度采集器，并利用其数据指导控制系统的运行