張偉海，孔慶忠，劉瑤瑤

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學 機械學院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

0 引言

在信息化時代，由于PLC具有極強的抗干擾性和穩(wěn)定性，因此在供熱系統(tǒng)的智能化管理上是不可或缺的。供熱部門需要對換熱站中的溫度、壓力、流量等參數(shù)進行實時監(jiān)控，了解換熱站的具體運行情況，保證居民區(qū)的正常供熱；同時根據(jù)從現(xiàn)場監(jiān)測到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)熱力公司的運行工況，以達到節(jié)能供熱的目的。本文采用GPRS和PLC相結合的方式來解決這一實際問題，該系統(tǒng)已成功應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、補水泵、變頻控制柜等設備。正常供熱時，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)出相應的啟動、停止信號來調(diào)節(jié)控制循環(huán)泵和補水泵。此套供熱系統(tǒng)自動化程度較高，可實現(xiàn)自動、手動、模擬量遠程采集等多種功能。其中的安全措施也非常完善，設置了多種保護開關，可在發(fā)生事故和故障時緊急停車，確保管道安全。

2 基于GPRS網(wǎng)絡和PLC的遠程控制系統(tǒng)結構

根據(jù)現(xiàn)場設備的控制要求和分布情況，開發(fā)的供熱遠程控制系統(tǒng)以三菱FX2N系列PLC為核心，結合GPRS無線通訊模塊，綜合應用了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)自動采集、存儲與處理和遠程控制等技術。圖1顯示了基于GPRS網(wǎng)絡和PLC的遠程控制系統(tǒng)的結構。

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。上位機部分采用具有固定IP的公網(wǎng)作為服務器（沒有公網(wǎng)IP的要用路由綁定域名來解析）網(wǎng)絡，而連接于遠程熱力站的DTU通過無線GPRS網(wǎng)絡接入到公網(wǎng)Internet，與服務器建立起TCP鏈接，從而雙方能夠進行數(shù)據(jù)交換。

圖1 基于GPRS網(wǎng)絡和PLC的遠程控制系統(tǒng)的結構

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進行通信的，因為F2103DTU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準的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DTU接收指令并獲得IP地址，連接到服務器并傳送數(shù)據(jù)包。圖3為PLC控制DTU的工作流程。

GPRS DTU通電以后，會通過單片機輸出一個大于1 500 ms的低脈沖給POWERKEY引腳，用以對F2103模塊進行初始化。當GPRS DTU在GSM網(wǎng)絡登錄時，會自動進行GPRS PPP撥號，GPRS DTU將獲得一個由移動網(wǎng)絡隨機分配的內(nèi)部IP地址（一般是10.X.X.X），這樣GPRS DTU就處在每次進行撥號時IP就會發(fā)生自動變化的移動內(nèi)網(wǎng)中。所以，每次必須是GPRS DTU主動撥號給數(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)，向中心服務器發(fā)出TCP通訊請求。當數(shù)據(jù)中心響應后，GPRS DTU就認為與中心握手成功，這樣就與中心建立了雙向通訊。當DTU接到PLC的串口數(shù)據(jù)時，DTU馬上會將串口數(shù)據(jù)封存在一個TCP／UDP數(shù)據(jù)包里面，隨后將數(shù)據(jù)包發(fā)送給中心服務器。相反，當DTU收到中心服務器發(fā)來的數(shù)據(jù)包時，會解壓出數(shù)據(jù)內(nèi)容，立即通過串口發(fā)送給PLC設備。

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)場所編的程序有很大區(qū)別，所以在此不對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，應嚴格遵循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的通訊格式應設置為波特率9 600、偶校驗、7位數(shù)據(jù)位、1位停止位。在DTU和組態(tài)王的通訊設置上也應該設置成完全一樣的通訊格式，使其能夠正常通訊。

6 上位機遠程控制的實現(xiàn)

實現(xiàn)遠程智能控制，不僅要對PLC和DTU進行配置，更重要的是根據(jù)實際情況組態(tài)可視界面，對組態(tài)軟件進行設置，使組態(tài)軟件能夠通過網(wǎng)絡與遠程的設備進行數(shù)據(jù)交換來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。本系統(tǒng)采用組態(tài)王6.55作為上位機軟件，其自帶多種設備的驅(qū)動程序，可以很好地與下位機PLC進行通訊。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)王中進行設置時，設備應選為“三菱PLC”，地址為0，通訊格式為：波特率9 600、偶校驗、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 結束語

利用GPRS網(wǎng)絡作為傳輸介質(zhì)，把遠程換熱站的控制系統(tǒng)與中控室連接到一起，可以減去遠程布線的成本，造價低廉，軟件運行時效性好，功能實用性強，動畫效果直觀，自動化操作和報警水平完善。隨著通訊技術的發(fā)展，相信此種通訊方式將在小區(qū)供熱系統(tǒng)中得到更廣泛應用。

［1］ 李長林.Visual Basic串口通信技術與典型實例［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［2］ 鄧紅軍，王清.GPRS網(wǎng)絡無線數(shù)據(jù)通信設備應用研究［J］.科技創(chuàng)新導報，2010（21）：17.

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