基于PLC与GPRS实现深井泵系统的远程控制
作者:曹俊义
单位:大连华英自动化技术有限公司
时间:2008年11月
前 言
本文主要介绍了利用PLC和GPRS实现发电厂水源地深井泵泵房自控控制系统的设计开发,数据通讯采用移动公司的GPRS网络通讯或联通公司的CDMA1X网络通讯。
核心控制部分采用PLC,本文以GE公司的Versamax系列PLC进行说明;
水源地各井位由于其地理位置分散,空间距离远等特点;一直以来都是采用长距离的架设电缆或光缆来实现远方控制的,泵房之间有时最远距离可达五六公里远,这样就造成了建设成本高而且施工布线困难;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;
采用无线DDN通讯系统则具有电缆铺设少,维护成本低等优势,因此控制系统采用无线DDN通讯也将成为地域分散远程控制系统的主流方案。
关键词PLC、DTU、GPRS、DDN、控制系统
目 录
一、水源地控制系统的现状 (4)
二、GPRS无线监控系统特点: (4)
三、控制系统方案设计 (5)
1、组成结构 (5)
2、GPRS无线DDN系统构成: (6)
3、深井泵控制管理中心: (7)
四、系统功能实现 (7)
五、常用无线控制系统对比 (7)
1、无线DDN通讯(GPRS)与超短波数传电台相比有以下优点: (7)
2、无线DDN通讯(GPRS)和无线数传电台通讯方式比较 (8)
六、结束语 (8)
一、水源地控制系统的现状
水源地泵站在发电厂用于为发电机组提供发电用水、生产、消防和生活用水,供水系统的安全可靠运行关系到电厂的安全发供电和职工的正常生活,因此供水控制系统的安全可靠运行至关重要,而水源地的控制系统缺存在着很多的缺陷,主要问题如下:
1、由于老系统通讯介质一般都采用光缆或者电缆,而由于水源地地域分散,距
离远,电缆铺设非常困难,而且长时间运行后会造成电缆绝缘老化,影响对设备的安全可靠控制。
2、控制系统之间采用电缆或者光缆,监视参数的实时行比较差。
3、如有故障发生,需进行查线以确定故障的原因,有时甚至需要进行电缆更换
或光缆的重新熔接。
4、维护费用高。
二、GPRS无线监控系统特点:
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
1、组成结构
数据通信网络结构示意图
在深井泵站采用小型PLC进行前端的数据采集和控制;PLC CPU选用IC200UDR001,该控制器为VersaMax Micro系列控制器,集成8个开关量输入,6个开关量输出点,输入电源DC24V,这种Micro PLC具有强大的功能,从多达28个输入、输出点(可扩展至140个)到快速的扫描周期,强大的指令集以及大内存,编程灵活等特点都集成到了这一个模块中;另外扩展一块模拟量模块
选用IC200UEX616,该模块集成有4个模拟量输入通道,2个模拟量输出通道。
PLC为控制系统的核心部分,用于对现场信号进行实时的采集以及对现场设备的实时控制。
有PLC采集的数据采用终端数据无线传输设备DTU进行传输,DTU采用 RS232/422/485 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。
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连接各种传感器并控制各深井泵站里的水泵。
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),深井泵站管理控制中心与注册服务器通过以太网互相联系。
深井泵站管理员通过控制中心来管理各个分站的设备,并及时了解各分深井泵站的详细参数。
通过以太网连接,将各深井泵站的统计数据通过上位机连接到INTERNET网络,构成专线连接,把数据通过以太网传到服务器或管理者的计算机上。
2、GPRS无线DDN系统构成:
a.数据中心(包括注册中心);
b.数据传输通道(GPRS网络);
c.用户数据终端单元(GPRS DTU)
网络运营商
数据中心
用户
管理中心
DTU DTU
本系统中网络代理服务器可采用ADSL、LAN等INTELNET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数据传输终端上电后,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每个终端的IP地址和ID号,当主站要向某个监控终端提出数据请求时,它会根据IP地址和ID号来找到对应的终端,将命令下发到该终端,终端响应后通过GRPS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。
3、深井泵控制管理中心:
深井泵控制管理中心主要由路由器、工控机和打印机、操作台组成,另外到电信或网通申请开通512K固定IP ADSL连接 INTELNET公网。
工控机内软件通过INTELNET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,另外到移动或联通申请手机SIM卡(每站一张卡)。
四、系统功能实现
1、数据采集:实时显示泵的运行状态,运行电流,运行时间以及出口压力,出口流量,以及各温度参数等实时参数。
2、报警功能:包括泵的欠压,缺相以及是否有人进入泵房等。
当接收到报警信号首先语音报警,然后将报警信息写入数据库,用于以后的故障追忆。
3、历史查询:对运行人员进行的各种操作,报警信息以及模拟量实时信息进行存储,可随时对其进行查询,可按时间查询,操作员查询以及具体某台泵进行查询;对模拟量还可进行历史数据查询,历史曲线查询等。
4、报表功能:根据运行要求,自动生成报表,定时打印各种报表,包括日报表,周报表,年报表,班组报表等等。
五、常用无线控制系统对比
1、无线DDN通讯(GPRS)与超短波数传电台相比有以下优点:
(1)、覆盖范围大,易组成大网络,需增加控制站点时,只需增加深井泵站的通信网络设备即可连接到原有网络中;
(2)、通信速率高,实时性好,数据量大;
(3)、通信稳定可靠,抗干扰能力强,几乎无障碍物阻隔的问题;
(4)、性价比高,按目前的收费标准,每个深井泵站以2分钟上报一次数据,其站运行费用为600元/年左右,以7~8分钟上报一次数据,每站运行费用为300元/年左右;
(5)、不需交无线电管理费。
2、无线DDN通讯(GPRS)和无线数传电台通讯方式比较
无线DDN通讯(GPRS) 超短波无线数传电台
覆盖范围 全国 小于20KM
建设费用 低 高
施工难度 较低 高
施工周期 较短 长
计费方式 按流量月租费 占频费
运行费用 较低 低
通讯速率 40-80KBps 9.6KBps
误码率 较低 较高
网络安全性 高 一般
可靠性 较高 低
传输延时 短 短
维护成本 低 低
无线DDN通讯(GPRS)的网络由运营商专门管理维护,不需要用户进行网络调试和维护,保持较好的网络安全和可靠性。
由于用专用地址和运营商专业人员管理,网络安全性和可靠性高。
无线数传电台通讯由用户来管理维护,在安装调试时需要专门进行网络通讯的调试,安装完成后可以保持较好的网络安全和可靠性。
六、结束语
由于GPRS无线DDN具有组网迅速灵活,建设周期短、成本低;网络覆盖范围广等特点正越来越多的被用于各个领域,深井泵PLC控制系统采用GPRS实现数据通讯使其优势更加明显,控制功能很好的满足了现场的实际需要,大大降低了维护成本,提高了劳动生产率。