張偉海，孔慶忠，劉瑤瑤

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

在信息化時(shí)代，由于PLC具有極強(qiáng)的抗干擾性和穩(wěn)定性，因此在供熱系統(tǒng)的智能化管理上是不可或缺的。供熱部門需要對(duì)換熱站中的溫度、壓力、流量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，了解換熱站的具體運(yùn)行情況，保證居民區(qū)的正常供熱；同時(shí)根據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)熱力公司的運(yùn)行工況，以達(dá)到節(jié)能供熱的目的。本文采用GPRS和PLC相結(jié)合的方式來解決這一實(shí)際問題，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用到懷來縣恒吉熱力有限公司。

1 工藝流程

換熱站是小區(qū)供熱系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，也是本系統(tǒng)主要的信息采集與控制部分。換熱站主要包括換熱器、一次管網(wǎng)、二次管網(wǎng)、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、變頻控制柜等設(shè)備。正常供熱時(shí)，中控室根據(jù)采集到的壓力、溫度、流量等模擬量參數(shù)，發(fā)出相應(yīng)的啟動(dòng)、停止信號(hào)來調(diào)節(jié)控制循環(huán)泵和補(bǔ)水泵。此套供熱系統(tǒng)自動(dòng)化程度較高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手動(dòng)、模擬量遠(yuǎn)程采集等多種功能。其中的安全措施也非常完善，設(shè)置了多種保護(hù)開關(guān)，可在發(fā)生事故和故障時(shí)緊急停車，確保管道安全。

2 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)和PLC的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制要求和分布情況，開發(fā)的供熱遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)以三菱FX2N系列PLC為核心，結(jié)合GPRS無線通訊模塊，綜合應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、存儲(chǔ)與處理和遠(yuǎn)程控制等技術(shù)。圖1顯示了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)和PLC的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)信息十分重要，因此在此遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，選用了一種可靠的、面向連接的、基于字節(jié)流傳輸層的TCP協(xié)議。上位機(jī)部分采用具有固定IP的公網(wǎng)作為服務(wù)器（沒有公網(wǎng)IP的要用路由綁定域名來解析）網(wǎng)絡(luò)，而連接于遠(yuǎn)程熱力站的DTU通過無線GPRS網(wǎng)絡(luò)接入到公網(wǎng)Internet，與服務(wù)器建立起TCP鏈接，從而雙方能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

圖1 基于GPRS網(wǎng)絡(luò)和PLC的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

3 三菱PLC的通訊模塊與四信F2103 DTU的接線

在圖1中，三菱PLC本體和F2103通信模塊是通過RS232進(jìn)行通信的，因?yàn)镕2103DTU模塊使用DP9的RS232接口，而三菱FX2N系列PLC并沒有異步串行通信接口總線標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，因此需要通過在PLC本體上增加FX2N－232－BD通信模塊來擴(kuò)展。圖2中為四信DTU與三菱通信模塊FX2N－232－BD的連接方式。

4 F2103進(jìn)行GPRS聯(lián)網(wǎng)的工作流程

三菱FX2N系列PLC上電后發(fā)送AT指令到GPRS DTU（F2103模塊），此時(shí)DTU接收指令并獲得IP地址，連接到服務(wù)器并傳送數(shù)據(jù)包。圖3為PLC控制DTU的工作流程。

GPRS DTU通電以后，會(huì)通過單片機(jī)輸出一個(gè)大于1 500 ms的低脈沖給POWERKEY引腳，用以對(duì)F2103模塊進(jìn)行初始化。當(dāng)GPRS DTU在GSM網(wǎng)絡(luò)登錄時(shí)，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行GPRS PPP撥號(hào)，GPRS DTU將獲得一個(gè)由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)分配的內(nèi)部IP地址（一般是10.X.X.X），這樣GPRS DTU就處在每次進(jìn)行撥號(hào)時(shí)IP就會(huì)發(fā)生自動(dòng)變化的移動(dòng)內(nèi)網(wǎng)中。所以，每次必須是GPRS DTU主動(dòng)撥號(hào)給數(shù)據(jù)中心，不能反之，因此固定的域名或固定的公網(wǎng)IP地址是數(shù)據(jù)中心必須具備的。具體來說，GPRS DTU通過數(shù)據(jù)中心固定的IP地址（或通過花生殼解析出中心域名的IP地址）以及路由映射出來的端口等參數(shù)，向中心服務(wù)器發(fā)出TCP通訊請(qǐng)求。當(dāng)數(shù)據(jù)中心響應(yīng)后，GPRS DTU就認(rèn)為與中心握手成功，這樣就與中心建立了雙向通訊。當(dāng)DTU接到PLC的串口數(shù)據(jù)時(shí)，DTU馬上會(huì)將串口數(shù)據(jù)封存在一個(gè)TCP／UDP數(shù)據(jù)包里面，隨后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給中心服務(wù)器。相反，當(dāng)DTU收到中心服務(wù)器發(fā)來的數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)解壓出數(shù)據(jù)內(nèi)容，立即通過串口發(fā)送給PLC設(shè)備。

圖2 四信DTU與三菱通信模塊FX2N－232－BD的連接圖

圖3 三菱FX2N系列PLC控制F2103DTU的工作流程

5 PLC與DTU模塊通訊的程序編制

小區(qū)供熱系統(tǒng)的所有控制程序很長，而且不同的編程人員和不同的控制現(xiàn)場(chǎng)所編的程序有很大區(qū)別，所以在此不對(duì)控制部分的程序做過多描述。但是PLC通信程序編寫的方法比較固定，應(yīng)嚴(yán)格遵循FX2N系列PLC的編程規(guī)則，本系統(tǒng)PLC與DTU模塊的通訊程序如圖4所示。其中PLC的通訊格式應(yīng)設(shè)置為波特率9 600、偶校驗(yàn)、7位數(shù)據(jù)位、1位停止位。在DTU和組態(tài)王的通訊設(shè)置上也應(yīng)該設(shè)置成完全一樣的通訊格式，使其能夠正常通訊。

6 上位機(jī)遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能控制，不僅要對(duì)PLC和DTU進(jìn)行配置，更重要的是根據(jù)實(shí)際情況組態(tài)可視界面，對(duì)組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)置，使組態(tài)軟件能夠通過網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)采用組態(tài)王6.55作為上位機(jī)軟件，其自帶多種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，可以很好地與下位機(jī)PLC進(jìn)行通訊。為了能夠?qū)崿F(xiàn)TCP／IP協(xié)議，選用了TCP2COM控件，組態(tài)王可以通過它虛擬出來的串口來讀取傳送數(shù)據(jù)。

圖4 PLC與DTU模塊的通訊程序

在組態(tài)王中進(jìn)行設(shè)置時(shí)，設(shè)備應(yīng)選為“三菱PLC”，地址為0，通訊格式為：波特率9 600、偶校驗(yàn)、7位數(shù)據(jù)位、1位停止位。其中串口選擇TCP2COM虛擬出來的COM3，此串口接收到的TCP／IP數(shù)據(jù)經(jīng)組態(tài)王解析使用。

7 結(jié)束語

利用GPRS網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，把遠(yuǎn)程換熱站的控制系統(tǒng)與中控室連接到一起，可以減去遠(yuǎn)程布線的成本，造價(jià)低廉，軟件運(yùn)行時(shí)效性好，功能實(shí)用性強(qiáng)，動(dòng)畫效果直觀，自動(dòng)化操作和報(bào)警水平完善。隨著通訊技術(shù)的發(fā)展，相信此種通訊方式將在小區(qū)供熱系統(tǒng)中得到更廣泛應(yīng)用。

［1］ 李長林.Visual Basic串口通信技術(shù)與典型實(shí)例［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2006.

［2］ 鄧紅軍，王清.GPRS網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)通信設(shè)備應(yīng)用研究［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2010（21）：17.

［3］ 張明光，吳明永，楊素娟.基于GPRS－Internet的換熱站無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)［J］.自動(dòng)化儀表，2009，30（9）：46－48.