摘 要：本文簡(jiǎn)要介紹了無(wú)人值守的換熱站系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。此遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用無(wú)線通信，現(xiàn)場(chǎng)使用PLC做下位機(jī)，具有安全、經(jīng)濟(jì)、自動(dòng)化水平高的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：無(wú)線通信;PLC;遠(yuǎn)程監(jiān)控 　　換熱站系統(tǒng)是為用戶(hù)采暖而設(shè)計(jì)的，它將鍋爐房供來(lái)的一次測(cè)高溫?zé)崴?，通過(guò)熱交換器換成二次測(cè)低溫?zé)崴?，再供往各個(gè)建筑物進(jìn)行冬季采暖。目前換熱站大都采用人工監(jiān)控，既浪費(fèi)人力又存在事故隱患，并且各站之間難以統(tǒng)一調(diào)度，容易造成熱力失衡。 　　本系統(tǒng)是對(duì)河北省秦皇島港務(wù)局的八個(gè)傳統(tǒng)換熱站進(jìn)行的改造工程。使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，通過(guò)無(wú)線通信，對(duì)八個(gè)換熱站的工作狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控?，F(xiàn)場(chǎng)采用OMRON公司的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、工況監(jiān)測(cè)、故障保護(hù)及事故報(bào)警。正常情況下，上位機(jī)的監(jiān)控人員根據(jù)上傳數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)通過(guò)上位機(jī)對(duì)該站的水泵進(jìn)行起停控制，實(shí)現(xiàn)換熱站的無(wú)人值守。 1 系統(tǒng)功能介紹 　　換熱站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照功能可分為兩部分：上位機(jī)（監(jiān)控中心）和下位機(jī)（本地PLC）。 　　1.1 上位機(jī)主要功能 　?。?）巡回檢測(cè)各換熱站及泵房的實(shí)時(shí)參數(shù),包括各站每臺(tái)泵的工作狀態(tài)、過(guò)載狀態(tài)、泵電流，各站二次側(cè)回水壓力、出水壓力、回水溫度、出水溫度、水位等。 　?。?）接收和記錄下位機(jī)傳來(lái)的報(bào)警信號(hào)，包括電源掉電，火警，盜警信號(hào)。 　　（3）遠(yuǎn)程開(kāi)、關(guān)泵操作?？煞謩e對(duì)各站每臺(tái)泵單獨(dú)進(jìn)行起、?？刂撇僮?。 　?。?）使用曲線圖、表格方式顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)以及表格打印。 　　1.2 下位機(jī)主要功能 　?。?）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和處理，發(fā)出執(zhí)行動(dòng)作信號(hào)，與上位機(jī)交換信息。 　?。?）二次側(cè)回水溫度、出水溫度、回水壓力、出水壓力監(jiān)測(cè)。 　?。?）二次側(cè)各泵電流的監(jiān)測(cè)及電流超高、低限時(shí)自動(dòng)停泵。 　　（4）二次側(cè)水位監(jiān)測(cè)，超高、低限報(bào)警。 2 系統(tǒng)的構(gòu)成 [align=center] 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　本系統(tǒng)由作為上位機(jī)的計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、天線、各種傳感器、和作為下位機(jī)的PLC構(gòu)成上位機(jī)鏈接系統(tǒng)。上位機(jī)提供良好的人機(jī)界面，對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和管理;下位機(jī)直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)各種傳感器采集實(shí)時(shí)參數(shù)以及發(fā)出控制命令。上位機(jī)和下位機(jī)之間通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備進(jìn)行無(wú)線通信。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1。 　　系統(tǒng)選用的PLC型號(hào)為C200HE_CPU42，內(nèi)置上位機(jī)鏈接單元，安裝了數(shù)字量信號(hào)輸入單元ID212，數(shù)字量信號(hào)輸出單元OC224，模擬量信號(hào)輸入單元AD003和溫度傳感器單元TS102。 　　2.1 特殊I/O單元 　　特殊I/O單元AD003和TS102需要進(jìn)行單元號(hào)的設(shè)置，以確定每一路模擬量輸入所占用的IR和DM區(qū)域。本系統(tǒng)中，模擬量輸入為9路，故需要兩個(gè)AD-003模塊，將其對(duì)應(yīng)的單元號(hào)分別設(shè)為0和1，即分別分配給它們IR100～I(xiàn)R109和DM1000～DM1099，IR110～I(xiàn)R119和DM1100～DM1199。溫度輸入為2路，故選要一個(gè)TS102模塊，單元號(hào)設(shè)為2，分配給它IR100～I(xiàn)R109和DM1000～DM1099。 　　2.2 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊 　　本系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊SA68D作為計(jì)算機(jī)與可編程序控制器的數(shù)據(jù)傳輸媒介。計(jì)算機(jī)（或PLC）和模塊之間的通信是通過(guò)RS-232異步串口來(lái)完成的，該模塊在本系統(tǒng)中只作數(shù)據(jù)傳輸使用，它與計(jì)算機(jī)和PLC接線為簡(jiǎn)單的三線連接即可。 　　在本系統(tǒng)中，模塊以廣播的方式發(fā)送信息，而通過(guò)PLC上位機(jī)鏈接的幀格式中的節(jié)點(diǎn)號(hào)來(lái)判斷接收方和發(fā)送方。對(duì)于節(jié)點(diǎn)號(hào)不符的信息，將由PLC拒絕接收。 3 上位機(jī)鏈接通信 　　上位機(jī)鏈接通信用來(lái)在PLC和上位機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，使得上位機(jī)可以使用上位機(jī)鏈接命令監(jiān)視PLC的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容。還可以使用TXD（—）指令將PLC數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)。 　　上位機(jī)鏈接通信是一種主從總線通信方式，以上位機(jī)作為工業(yè)局域網(wǎng)通信的主站，其它所有連入該網(wǎng)的PLC皆為從站。在本系統(tǒng)中，上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控各換熱站工作，各站獨(dú)立運(yùn)行，彼此之間無(wú)數(shù)據(jù)交換，故在數(shù)據(jù)傳送方式上屬主從通信。 　　在主站與某一從站建立起聯(lián)系后，采用有應(yīng)答方式進(jìn)行通信，主站以命令幀形式發(fā)出命令，從站用響應(yīng)幀應(yīng)答。在命令幀或響應(yīng)幀中包含著需要通信的數(shù)據(jù)，通過(guò)命令幀與響應(yīng)幀的應(yīng)答，就能使要交換的數(shù)據(jù)順利到達(dá)對(duì)方。 　　下面介紹命令幀與響應(yīng)幀格式。 　　命令幀格式： 　　 　　響應(yīng)幀格式： 　　 　　FCS校驗(yàn)碼用于檢查傳送時(shí)是否存在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。結(jié)束碼表示命令完成的狀態(tài)，若PLC正確執(zhí)行了上位機(jī)下達(dá)的命令，則結(jié)束碼為00;若發(fā)生了錯(cuò)誤，結(jié)束碼為非0。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　本系統(tǒng)主要采用上位機(jī)輪詢(xún)方式進(jìn)行通信，這種方式,一方面可避免通信總線發(fā)生數(shù)據(jù)沖突,另一方面可確保定時(shí)刷新監(jiān)控主機(jī)中各PLC分機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。而對(duì)于PLC主動(dòng)發(fā)出的報(bào)警信息，上位機(jī)采用中斷的方式實(shí)現(xiàn)通信。 　　上位機(jī)首先向PLC發(fā)出接收數(shù)據(jù)的指令，PLC接收到來(lái)自上位機(jī)的指令后，進(jìn)行判斷，看其是否正確，如果正確，則向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)（包含首尾校驗(yàn)字節(jié)）;否則，PLC拒絕向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)。上位機(jī)接收到PLC傳來(lái)的數(shù)據(jù)后也要進(jìn)行判斷正確與否，如果正確，則接收，否則拒絕接收。 　　4.1 上位機(jī)程序 　　上位機(jī)使用VB編寫(xiě)通信程序和建立數(shù)據(jù)庫(kù)。通信程序發(fā)出的命令幀格式要完全符合OMRON上位機(jī)鏈接的通信協(xié)議;對(duì)PLC發(fā)回的響應(yīng)幀，上位機(jī)程序必須按其格式進(jìn)行拆裝﹑識(shí)別，才能正確分離出交換數(shù)據(jù)及有用狀態(tài)信息。 　　使用VB的通信控件MSCOMM可以方便的初始化串口和通過(guò)串口接收、發(fā)送信息。圖2為上位機(jī)輪詢(xún)通信程序流程圖。 　　4.2 PLC編程 　　響應(yīng)幀在PLC的上位機(jī)鏈接單元中自動(dòng)生成，在PLC中無(wú)需用戶(hù)再編寫(xiě)通信程序。故PLC編程主要解決的是現(xiàn)場(chǎng)的起、停實(shí)現(xiàn);模擬量的數(shù)據(jù)處理;火警、盜警、電源掉電時(shí)，使用TXD命令主動(dòng)上傳報(bào)警信號(hào)。 　　經(jīng)A/D003模塊輸出的模擬量并不是實(shí)際值，需要根據(jù)具體情況對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，其流程如圖3（a）所示。圖3（b）為報(bào)警程序流程圖。需要注意的是，電源掉電信號(hào)是一個(gè)從1→0的跳變，而盜警信號(hào)是一個(gè)脈沖信號(hào)，一旦發(fā)生，需要將它們保持以得到長(zhǎng)報(bào)警信號(hào)。 [align=center] 圖2 輪詢(xún)通信流程圖 （a） 模擬量處理流程圖 （b） 報(bào)警流程圖[/align] 結(jié)論 　　在本換熱站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要 解決了兩個(gè)問(wèn)題：一是PLC的就地實(shí)時(shí)監(jiān)控，二是上位計(jì)算機(jī)與各站PLC的無(wú)線通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，經(jīng)濟(jì)可靠，可節(jié)省大量的人力，并可提高換熱站的安全運(yùn)行水平。 　　經(jīng)一年多的實(shí)際運(yùn)行，本系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求，降低了熱力網(wǎng)的運(yùn)行成本，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。此外，本多點(diǎn)無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)還可以廣泛應(yīng)用于許多不便由人現(xiàn)場(chǎng)值守的各種領(lǐng)域，有較好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) 　　[1]郭宗仁.可編程控制器及其通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京：人民郵電出版社，1999：291-361 　　[2]邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2000：1-172 　　[3]范逸之，陳立元.Visual Basic 與RS-232串行通信控制.北京：清華大學(xué)出版社，2002：54-90 　　[4]溫賢發(fā).Visual Basic 6 數(shù)據(jù)庫(kù)程序設(shè)計(jì)高手.北京：科學(xué)出版社，2001：226-264