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泵站远程监控项目--远程无线通讯、工控机组态

基于上位机和PLC远程无线通讯的应用方案
一、引言

        山东威海乳山某中水泵项目控制柜现场离监控中心相距五公里之远,现场水泵要求能实现监控中心远程控制水泵启停,现场数据的实时采集以达到无人监守的目的。由于地处较远,若采用以往的架设电缆或光缆来实现远方控制,不仅建造成本高和施工布线困难,而且运行时间太长会造成电缆绝缘老化,以至影响对水泵的远程控制。为了降低用户成本,减少维护费用,我们提出了一种基于GPRS(General Packet Radio Service)的无线远程监控系统方案。

二、GPRS无线监控系统的特点
        1、良好的实时响应与处理能力。由于GPRS具有实时在线特性,系统无时延,系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据,无需轮巡就可以同步监测点的时钟可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求。
        2、远程仪器设备控制:由于采用GPRS双向传输系统,监控中心可以反向实现对仪器设备的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能。
        3、建设成本低:可充分利用现有GSM网络,设备安装即接通,而采用超短波通信时需要充分考虑现场环境,还需要配备天线铁架等附属设备。
        4、安装调试简单,建设周期短:利用现有成熟GSM网络,系统投入运行时基本不需要调试,安装简捷。采用超短波通信时安装调试工作量大,要先进行现场信号测试,天线铁架架设,天线方向角度调试等工作。
        5、覆盖范围广。监控系统要求数据通信覆盖范围广,扩容无限制,接入地点无限制,能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。由于监控点数量众多,分布在全市范围内,部分监控点位于偏僻地区,而且地理位置分散。采用超短波通讯方式,覆盖范围只有30多公里;而采用GPRS方式,理论上在无线GSM/GPRS网络的覆盖范围之内,都可以实现监控。
        6、数据传输速率高。GPRS网络传送速率理论上可达171.2kbit/s,实际应用时数据传输速率在40Kbps左右,而目前一般的超短波数传电台传送速率多为9.6kbit/s或更低。
        7、系统的传输容量大。监控中心站要和每一个监控点实现实时连接。由于监控点数量众多,系统要求能满足突发性数据传输的需要,而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要。
        8、通信费用低。GPRS可以采用按流量包月计费的方式,运营维护成本低。

三、控制系统方案设计:
        组成结构:
  • 现场中水泵站采用小型PLC进行前端的数据采集和控制。
  • CPU模块:S7-200 CPU216
  • AI/AO模块:EM235
  • 变频器:ABB ACS500
        上位监控系统和PLC之间的数据通讯采用终端数据无线传输设备DTU进行传输,DTU采用RS232/485接口,高性能、工业级、外置式,特别适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、气象等应用,数据全透明传输,用户无需了解复杂的TCP/IP、PPP等协议。GPRS网络用户移动设备DTU与可编程控制器PLC通过串行接口连接,PLC则连接传感器并控制现场水泵。

        GPRS网络用户移动设备DTU利用公网GPRS网络,连接到注册服务器(网络运营商)。监控中心与注册服务器通过以太网互相通讯。操作员可以通过监控中心的上位机来采集现场数据并且控制现场设备。

        本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTERNET公网连接,采用公网固定IP或者公网动态IP+DNS解析服务,出于安全性考虑,监控中心主站在局域网中,不直接连在INTERNET网上,通过网络代理服务器指向端口来负责网络数据链路建立和数据收发的透明中转。

        GPRS数据传输DTU上电后,它会根据预先设定在其内部的IP地址或者是域名来主动访问网络代理服务器,通过代理服务器和监控中心建立TCP/IP链路。监控中心主站本身维护接入的DTU模块IP地址和ID号,当主站要向监控DTU提出数据请求时,它会根据IP地址和ID号来找到该DTU,将命令下发到该模块,DTU响应后通过GPRS数据传输终端把数据发到网络代理服务器端口,通过端口影射转发到监控中心主站,即完成了一个应答式的通讯流程。

        监控中心主要由路由器、工控机和操作台组成,另外到电信或网通申请开通固定IP ADSL连接INTERNET公网。工控机内安装组态王软件通过INTERNET访问泵房站的DTU实现无线远程监控。需一套组态软件一套网络管理软件,另外到移动申请手机SIM卡一张。

四、系统功能实现
        1、数据采集:实时显示泵、阀的运行状态、频率,现场管道的出口压力、流量等实时参数。
        2、报警功能:泵故障,电动阀故障,液位高低报警信号的反馈。

五、总结
        GPRS无线通讯方案适用于距离较远、站点分散的一些工况场合,具有建网成本低、可靠性高、网络覆盖范围广、布点方便、扩容简单、维护费用低到底等优点。
 
 
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