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泵站遠程監控項目--遠程無線通訊、工控機組態

基於上位機和PLC遠程無線通訊的應用方案
一、引言

        山東威海乳山某中水泵項目控製櫃現場離監控中心相距五公裏之遠,現場水泵要求能實現監控中心遠程控製水泵啟停,現場數據的實時采集以達到無人監守的目的。由於地處較遠,若采用以往的架設電纜或光纜來實現遠方控製,不僅建造成本高和施工布線困難,而且運行時間太長會造成電纜絕緣老化,以至影響對水泵的遠程控製。為了降低用戶成本,減少維護費用,我們提出了一種基於GPRS(General Packet Radio Service)的無線遠程監控係統方案。

二、GPRS無線監控係統的特點
        1、良好的實時響應與處理能力。由於GPRS具有實時在線特性,係統無時延,係統能夠同時實時收取、處理多個/所有監測點的各種數據,無需輪巡就可以同步監測點的時鍾可很好的滿足係統對數據采集和傳輸實時性的要求。
        2、遠程儀器設備控製:由於采用GPRS雙向傳輸係統,監控中心可以反向實現對儀器設備的時間校正、狀態報告、開關以及其他監測、控製等功能。
        3、建設成本低:可充分利用現有GSM網絡,設備安裝即接通,而采用超短波通信時需要充分考慮現場環境,還需要配備天線鐵架等附屬設備。
        4、安裝調試簡單,建設周期短:利用現有成熟GSM網絡,係統投入運行時基本不需要調試,安裝簡捷。采用超短波通信時安裝調試工作量大,要先進行現場信號測試,天線鐵架架設,天線方向角度調試等工作。
        5、覆蓋範圍廣。監控係統要求數據通信覆蓋範圍廣,擴容無限製,接入地點無限製,能滿足山區、鄉鎮和跨地區的接入需求。由於監控點數量眾多,分布在全市範圍內,部分監控點位於偏僻地區,而且地理位置分散。采用超短波通訊方式,覆蓋範圍隻有30多公裏;而采用GPRS方式,理論上在無線GSM/GPRS網絡的覆蓋範圍之內,都可以實現監控。
        6、數據傳輸速率高。GPRS網絡傳送速率理論上可達171.2kbit/s,實際應用時數據傳輸速率在40Kbps左右,而目前一般的超短波數傳電台傳送速率多為9.6kbit/s或更低。
        7、係統的傳輸容量大。監控中心站要和每一個監控點實現實時連接。由於監控點數量眾多,係統要求能滿足突發性數據傳輸的需要,而GPRS技術能很好地滿足傳輸突發性數據的需要。
        8、通信費用低。GPRS可以采用按流量包月計費的方式,運營維護成本低。

三、控製係統方案設計:
        組成結構:
  • 現場中水泵站采用小型PLC進行前端的數據采集和控製。
  • CPU模塊:S7-200 CPU216
  • AI/AO模塊:EM235
  • 變頻器:ABB ACS500
        上位監控係統和PLC之間的數據通訊采用終端數據無線傳輸設備DTU進行傳輸,DTU采用RS232/485接口,高性能、工業級、外置式,特別適用於使用環境惡劣的各種工業監控、交通管理、氣象等應用,數據全透明傳輸,用戶無需了解複雜的TCP/IP、PPP等協議。GPRS網絡用戶移動設備DTU與可編程控製器PLC通過串行接口連接,PLC則連接傳感器並控製現場水泵。

        GPRS網絡用戶移動設備DTU利用公網GPRS網絡,連接到注冊服務器(網絡運營商)。監控中心與注冊服務器通過以太網互相通訊。操作員可以通過監控中心的上位機來采集現場數據並且控製現場設備。

        本係統中網絡代理服務器可采用ADSL、LAN等INTERNET公網連接,采用公網固定IP或者公網動態IP+DNS解析服務,出於安全性考慮,監控中心主站在局域網中,不直接連在INTERNET網上,通過網絡代理服務器指向端口來負責網絡數據鏈路建立和數據收發的透明中轉。

        GPRS數據傳輸DTU上電後,它會根據預先設定在其內部的IP地址或者是域名來主動訪問網絡代理服務器,通過代理服務器和監控中心建立TCP/IP鏈路。監控中心主站本身維護接入的DTU模塊IP地址和ID號,當主站要向監控DTU提出數據請求時,它會根據IP地址和ID號來找到該DTU,將命令下發到該模塊,DTU響應後通過GPRS數據傳輸終端把數據發到網絡代理服務器端口,通過端口影射轉發到監控中心主站,即完成了一個應答式的通訊流程。

        監控中心主要由路由器、工控機和操作台組成,另外到電信或網通申請開通固定IP ADSL連接INTERNET公網。工控機內安裝組態王軟件通過INTERNET訪問泵房站的DTU實現無線遠程監控。需一套組態軟件一套網絡管理軟件,另外到移動申請手機SIM卡一張。

四、係統功能實現
        1、數據采集:實時顯示泵、閥的運行狀態、頻率,現場管道的出口壓力、流量等實時參數。
        2、報警功能:泵故障,電動閥故障,液位高低報警信號的反饋。

五、總結
        GPRS無線通訊方案適用於距離較遠、站點分散的一些工況場合,具有建網成本低、可靠性高、網絡覆蓋範圍廣、布點方便、擴容簡單、維護費用低到底等優點。
 
 
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