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基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的熱網(wǎng)遠程監控系統產(chǎn)品——Remo 8554無(wú)線(xiàn)DTU模塊

一、前言

我國北方地區冬季目前普遍采用集中供暖方式進(jìn)行供熱。熱電廠(chǎng)通過(guò)城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業(yè)中的換熱站。在換熱站,高溫管道(以下簡(jiǎn)稱(chēng)一次網(wǎng))中的熱水與進(jìn)居室暖氣片(以下簡(jiǎn)稱(chēng)二次網(wǎng))的熱水通過(guò)換熱器交換熱量。經(jīng)過(guò)換熱后,二次網(wǎng)中熱水流入各居室中。

在以上過(guò)程中,供熱調度部門(mén)需要對分散在不同地理位置換熱站中溫度、壓力、流量、液位等參數集中實(shí)時(shí)監視,控制換熱站中各設備的運行。同時(shí),根據從現場(chǎng)監測到的各換熱站運行參數,調節熱電廠(chǎng)運行工況,保證冬季整個(gè)供暖的穩定運行。

我國現行的熱力站運行管理仍處于手工操作階段,影響了集中供熱優(yōu)越性的充分發(fā)揮。主要反映在:缺少全面的參數測量手段,無(wú)法對運行工況進(jìn)行系統的分析判斷;系統運行工況失調難以消除,造成用戶(hù)冷熱不均;供熱參數未能在最佳工況下運行,供熱量與需熱量不匹配;運行數據不全,難以實(shí)現量化管理。搞好城市集中供熱工程,必須要全面提高供熱技術(shù)水平。因此,建立基于GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的自動(dòng)監控系統,來(lái)實(shí)現各換熱站現場(chǎng)參數的采集、調度室與各換熱站的數據實(shí)時(shí)通訊控制,可以很好的解決上述缺點(diǎn),可以有效提高供熱系統的自動(dòng)化控制水平,并且能很大程度上提高供熱行業(yè)的管理水平。供熱工程中的自動(dòng)控制對于保證供熱系統優(yōu)質(zhì)供熱、安全運行、經(jīng)濟節能、環(huán)境保護具有十分重要的作用。

GPRS是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡(jiǎn)稱(chēng),是在現有GSM系統上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù),目的是為GSM用戶(hù)提供分組形式的數據業(yè)務(wù)。GPRS采用與GSM同樣的無(wú)線(xiàn)調制標準、同樣的頻帶、同樣的突發(fā)結構、同樣的跳頻規則以及同樣的TDMA幀結構,這種新的分組數據信道與當前的電路交換的話(huà)音業(yè)務(wù)信道極其相似。因此,現有的基站子系統(BSS)從一開(kāi)始就可提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶(hù)在端到端分組轉移模式下發(fā)送和接收數據,而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò )資源。從而提供了一種高效、低成本的無(wú)線(xiàn)分組數據業(yè)務(wù)。特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數據傳輸,也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS理論帶寬可達171.2Kbit/s,實(shí)際應用帶寬大約在40~100Kbit/s,在此信道上提供TCP/IP連接,可以用于INTERNET連接、數據傳輸等應用。GPRS是一種新的移動(dòng)數據通信業(yè)務(wù),在移動(dòng)用戶(hù)和數據網(wǎng)絡(luò )之間提供一種連接,給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線(xiàn)IP或X.25服務(wù)。GPRS采用分組交換技術(shù),每個(gè)用戶(hù)可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道,同一無(wú)線(xiàn)信道又可以由多個(gè)用戶(hù)共享,資源被有效的利用,數據傳輸速率高達160Kbps。使用GPRS技術(shù)實(shí)現數據分組發(fā)送和接收,用戶(hù)永遠在線(xiàn)且按流量計費,迅速降低了服務(wù)成本。

基于GPRS網(wǎng)絡(luò )組建的熱網(wǎng)遠程監控系統有如下特點(diǎn):

●永遠在線(xiàn)  R-8554一開(kāi)機就能自動(dòng)附著(zhù)到GPRS網(wǎng)絡(luò )上,并與數據中心建立通信鏈路,隨時(shí)收發(fā)用戶(hù)數據設備的數據,具有很高的實(shí)時(shí)性;

●按流量計費 R-8554一直在線(xiàn),按照接收和發(fā)送數據包的數量來(lái)收取費用,沒(méi)有數據流量的傳遞時(shí)不收費用;

●高速傳輸 GPRS網(wǎng)絡(luò )的傳輸速度最快將達到160Kbps,速率的高低取決于移動(dòng)運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )設置,根據China移動(dòng)的網(wǎng)絡(luò )情況,目前可提供20~40Kbps的穩定數據傳輸;

●組網(wǎng)簡(jiǎn)單、迅速、靈活 GPRS無(wú)線(xiàn)DDN系統可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò )隨時(shí)隨地的構建覆蓋全China的虛擬移動(dòng)數據通信專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò ),為廣大中小用戶(hù)提供接入便利,節省接入投資;

●通信鏈路由專(zhuān)業(yè)運營(yíng)商維護 由于采用China移動(dòng)的GPRS 數據業(yè)務(wù),因此鏈路維護也由China移動(dòng)負責,免除通信鏈路維護的后顧之憂(yōu);

●防雷擊 由于采用China移動(dòng)的GPRS 數據業(yè)務(wù),所以在不影響上網(wǎng)的前提下,R-8554的發(fā)射功率非常小,天線(xiàn)非常短,而且無(wú)需高架,克服了有線(xiàn)傳輸和無(wú)線(xiàn)電臺傳輸容易引雷擊壞設備的缺點(diǎn)。

 

二、系統方案

整個(gè)熱網(wǎng)遠程監控系統如圖所示由三部分組成:現場(chǎng)換熱站控制部分、GPRS數據傳輸部分、調度室數據中心。通過(guò)控制模塊完成與SARO R-8554的數據交互。PLC定時(shí)將數據發(fā)送給SARO R-8554,同時(shí)PLC實(shí)時(shí)接收DTU發(fā)來(lái)的數據完成相應控制功能。SARO R-8554在收到PLC發(fā)來(lái)的數據會(huì )立即轉發(fā)到數據中心。

(1)  現場(chǎng)換熱站PLC將各工藝參數實(shí)時(shí)采集后通過(guò)RS-232串口通信模塊將數據送往SARO R-8554通信模塊;同時(shí),還可通過(guò)該通信模塊接收調度中心的指令。

(2)  GPRS數據傳輸部分 在對SARO R-8554通信模塊進(jìn)行配置時(shí)預先輸入數據中心的固定IP地址。SARO R-8554通信模塊收到PLC發(fā)來(lái)的數據后,把這些數據送到前面設置的IP地址網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器中,通過(guò)端口映射轉發(fā)到數據中心服務(wù)器。SARO R-8554發(fā)送數據的過(guò)程為:數據送到China移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )中,然后再經(jīng)過(guò)Internet,最后在數據中心通過(guò)ADSL進(jìn)行接收。

(3)  調度室數據中心 由ADSL MODEM、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器、防火墻、數據中心服務(wù)器、工作站。數據中心服務(wù)器通過(guò)ADSL Modem接收來(lái)自各換熱站的數據,并對數據進(jìn)行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等,其中一部分數據還傳送到全廠(chǎng)MIS系統。

 

三、 系統網(wǎng)絡(luò )

該系統主要是通過(guò)SARO R-8554和移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成。DTU主要完成PLC與調度中心數據傳輸轉發(fā)的任務(wù),同時(shí)也是與移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )的工作接口。主要設置的參數如下:

(1)  本方案是通過(guò)Internet(CMNET)實(shí)現的,這樣用戶(hù)的實(shí)現成本比較低。如需要高可靠性數據傳輸。China移動(dòng)為這種應用提供了直接接入GPRS網(wǎng)絡(luò )的方式。網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)方式直接接入GPRS移動(dòng)基站,并獲得一個(gè)固定的IP地址。各熱交換站點(diǎn)數據無(wú)需路由到Internet網(wǎng)絡(luò ),監測點(diǎn)DTU也采用固定IP地址的SIM卡。采用這種方式組成點(diǎn)對多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )具有實(shí)時(shí)性好、安全性高的特點(diǎn),但接入費用相對較高。

(2)  數據發(fā)送目的地,即數據中心服務(wù)器或者路由器的IP地址或者域名。

(3)  與PLC的接口參數,包括波特率、停止位、奇偶校驗、數據位、流控制。

(4)  SARO R-8554對于不同地區GPRS網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量的一些參數配置。

數據經(jīng) DTU發(fā)送到移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )上的CGSN后,移動(dòng)的GPRS網(wǎng)絡(luò )與Internet有通道接口,因此,移動(dòng)CGSN服務(wù)器可將數據經(jīng)Internet再轉發(fā)到數據中心服務(wù)器。

移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳輸送來(lái)的各換熱站數據經(jīng)Internet,通過(guò)ADSL Modem信號解調經(jīng)防火墻檢測后送達網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器,再將數據包轉發(fā)到指定的數據中心服務(wù)器上進(jìn)行數據接收處理,與此同時(shí)數據中心服務(wù)器擔負著(zhù)向各換熱站發(fā)送相應控制指令數據的任務(wù)。各工作站從數據中心服務(wù)器上取得數據在各自的人機界面軟件上完成對各換熱站的監視控制、報警、歷史曲線(xiàn)等功能。

此外,在調度中心網(wǎng)絡(luò )中,網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器與全廠(chǎng)MIS網(wǎng)絡(luò )連接,負責把熱網(wǎng)的各種運行參數送到MIS網(wǎng)上,供上一級相應MIS軟件完成數據分析、數據挖掘等功能,大大提高熱網(wǎng)運行的經(jīng)濟性。在這里,網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器與MIS網(wǎng)數據服務(wù)器的數據接口選用OPC,該接口使用方便、調試配置十分簡(jiǎn)單。

 

四、系統工藝控制描述

該方案中,所采用PLC在各換熱站完成以下功能:現場(chǎng)溫度、壓力、流量、液位信號的采集;現場(chǎng)各調節閥的控制;現場(chǎng)電機、變頻器的控制及運行監視。在換熱站中,通過(guò)觸摸屏簡(jiǎn)單易行的完成人機交互,控制各種設備穩定運行。對于現場(chǎng)調節閥及各種電機的控制,設計了就地控制、觸摸屏控制、遠程調度中心控制三種方式。

(1)  根據室外氣象溫度和二次網(wǎng)的供回水平均溫度調節一次網(wǎng)供水或回水管道上電動(dòng)調節閥,從而改變一次網(wǎng)進(jìn)換熱器的流量,保證二次網(wǎng)的供熱量。

(2)  根據室外氣象溫度、二次網(wǎng)的供回水溫度、供回水壓力共五個(gè)參數,來(lái)通過(guò)變頻器調整循環(huán)水泵的運行頻率,從而改變二次網(wǎng)的運行流量。(對于目前換熱站中循環(huán)水泵為變頻控制的采用該方案)。

(3)  根據恒壓點(diǎn)的實(shí)測壓力值與設定壓力值的比較偏差,來(lái)通過(guò)變頻器改變補水泵的運行頻率,保證恒壓點(diǎn)的壓力恒定。

(4)  其中,室外氣象溫度數據采用各新機組室外溫度加權平均后經(jīng)中心站處理后送往各改造機組進(jìn)行自動(dòng)控制。

 

五、系統功能與特點(diǎn)

5.1  功能

該供暖監控系統(GPRS遠程監控)主要完成對工藝流程的監測、控制以及數據的處理、存儲、分析以及報表打印等任務(wù)。

工藝流程顯示 顯示各換熱站工藝流程,包括溫度、壓力、流量、液位等工藝參數、所有設備運行狀態(tài)以及各控制回路的詳細參數等;

調節回路顯示 包括所有調節回路,可修改設定值、控制方式、調節參數等,并有實(shí)時(shí)趨勢圖便于進(jìn)行PID回路整定;

設定值顯示 包括所有必需參數的設定值、控制方式、調節參數以及其它聯(lián)鎖值、報警值等;

報表顯示和打印     采用了DDE技術(shù),從而使用戶(hù)能夠直接使用Excel編制報表,借助Excel的強大功能,用戶(hù)可以隨心所欲地編制各種各樣的報表;

歷史數據的存儲與檢索 對重要的數據進(jìn)行在線(xiàn)存儲,數據的存儲時(shí)間最長(cháng)為10年??梢酝ㄟ^(guò)歷史報表或者歷史趨勢曲線(xiàn)的方式來(lái)檢索歷史數據;

控制

在監控計算機上可以進(jìn)行遠程手動(dòng)控制,使用鼠標、鍵盤(pán)控制PLC來(lái)啟動(dòng)和停止現場(chǎng)的設備;

安全管理

對重要設備的操作、重要參數的修改均會(huì )自動(dòng)記錄,包括登錄的操作員、對設備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數值、修改后的參數等,以利于進(jìn)行管理及事故分析;

5.2  特點(diǎn)

(1)  先進(jìn)性

本方案設計中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件,而且著(zhù)眼于企業(yè)管控一體化的需求,貫徹了數字化、信息化環(huán)保的先進(jìn)思想,使企業(yè)生產(chǎn)數據的進(jìn)一步智能應用成為現實(shí)。該方案使控制系統有機地成為企業(yè)整個(gè)IT架構的一部分。

本系統采用先進(jìn)的計算機控制系統,主要用于城市熱網(wǎng)的生產(chǎn)控制、運行操作、監視管理??刂葡到y配有可靠的硬件設備和功能強大、運行可靠、界面友好的系統軟件、編程軟件、控制軟件。

(2)  高可靠性

①  與傳統的無(wú)線(xiàn)電臺傳輸相比,GPRS網(wǎng)的數據傳輸抗干擾能力更強,且通訊覆蓋范圍遠遠強于前者;

②  現場(chǎng)控制站PLC對工藝過(guò)程的控制不會(huì )因監控計算機的癱瘓而受影響;

③  現場(chǎng)控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長(cháng)期可靠運行,并且易配置、易接線(xiàn)、易維護、隔離性好,結構堅固、抗腐蝕、適應較寬的溫度變化范圍,平均無(wú)故障間隔時(shí)間(MTBF)15年。

(3)  強大的功能

① PLC的編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標準,易學(xué)、易懂、易用;

②  CPU內置軟PID,并提供了豐富的指令集及函數庫,用戶(hù)直接調用;

③  組態(tài)軟件圖庫豐富,網(wǎng)絡(luò )功能強大,報警、報表、歷史數據以及二次開(kāi)發(fā)功能完善而易用。

(4)  優(yōu)良的開(kāi)放性

①  TCP/IP協(xié)議是目前開(kāi)放性最好的協(xié)議,可以輕松進(jìn)行系統擴展;

②  組態(tài)軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL,且提供豐富的API編程接口,方便接入全廠(chǎng)MIS系統;

③  同時(shí)也為世界各大廠(chǎng)商,如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的設備提供了完善的驅動(dòng)程序庫,從而可以將其它系統輕松接入本系統。

 

六、結束語(yǔ)

該方案實(shí)現了對換熱站運行參數的集中監視、控制,與老系統相比,可以大量的減少維護人員,部分換熱站還實(shí)現了無(wú)人值守,提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。與使用傳統無(wú)線(xiàn)電臺相比,該方案具備更好的抗干擾性(尤其是在城市中)、數據傳輸安全性。相信這種遠程監控方案將在城市管網(wǎng)、熱網(wǎng)、石油、地震檢測、電力等一些無(wú)線(xiàn)遠程數據

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