基于PLC與GPRS實(shí)現(xiàn)深井泵系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制

1、基于PLC與GPRS實(shí)現(xiàn)深井泵系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制作者:曹俊義單位:大連華英自動(dòng)化技術(shù)有限公司時(shí)間:2008年11月前 言本文主要介紹了利用PLC和GPRS實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠水源地深井泵泵房自控控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā),數(shù)據(jù)通訊采用移動(dòng)公司的GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊或聯(lián)通公司的CDMA1X網(wǎng)絡(luò)通訊。核心控制部分采用PLC,本文以GE公司的Versamax系列PLC進(jìn)行說明;水源地各井位由于其地理位置分散,空間距離遠(yuǎn)等特點(diǎn);一直以來都是采用長(zhǎng)距離的架設(shè)電纜或光纜來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制的,泵房之間有時(shí)最遠(yuǎn)距離可達(dá)五六公里遠(yuǎn),這樣就造成了建設(shè)成本高而且施工布線困難;而且運(yùn)行時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)造成電纜絕緣老化,以至影響對(duì)水泵的遠(yuǎn)程控制;采用無線

2、DDN通訊系統(tǒng)則具有電纜鋪設(shè)少,維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì),因此控制系統(tǒng)采用無線DDN通訊也將成為地域分散遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的主流方案。關(guān)鍵詞PLC、DTU、GPRS、DDN、控制系統(tǒng)目 錄一、水源地控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 (4二、GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn): (4三、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) (51、組成結(jié)構(gòu) (52、GPRS無線DDN系統(tǒng)構(gòu)成: (63、深井泵控制管理中心: (7四、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) (7五、常用無線控制系統(tǒng)對(duì)比 (71、無線DDN通訊(GPRS與超短波數(shù)傳電臺(tái)相比有以下優(yōu)點(diǎn): (72、無線DDN通訊(GPRS和無線數(shù)傳電臺(tái)通訊方式比較 (8六、結(jié)束語 (8一、水源地控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀水源地泵站在發(fā)電廠用于為發(fā)電機(jī)

3、組提供發(fā)電用水、生產(chǎn)、消防和生活用水,供水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行關(guān)系到電廠的安全發(fā)供電和職工的正常生活,因此供水控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要,而水源地的控制系統(tǒng)缺存在著很多的缺陷,主要問題如下:1、由于老系統(tǒng)通訊介質(zhì)一般都采用光纜或者電纜,而由于水源地地域分散,距離遠(yuǎn),電纜鋪設(shè)非常困難,而且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后會(huì)造成電纜絕緣老化,影響對(duì)設(shè)備的安全可靠控制。2、控制系統(tǒng)之間采用電纜或者光纜,監(jiān)視參數(shù)的實(shí)時(shí)行比較差。3、如有故障發(fā)生,需進(jìn)行查線以確定故障的原因,有時(shí)甚至需要進(jìn)行電纜更換或光纜的重新熔接。4、維護(hù)費(fèi)用高。二、GPRS無線監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn):1、良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力。由于GPRS具有實(shí)時(shí)在線特性,

4、系統(tǒng)無時(shí)延,系統(tǒng)能夠同時(shí)實(shí)時(shí)收取、處理多個(gè)/所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的各種數(shù)據(jù),無需輪巡就可以同步監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)鐘可很好的滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸實(shí)時(shí)性的要求。2、遠(yuǎn)程儀器設(shè)備控制:由于采用GPRS雙向傳輸系統(tǒng),監(jiān)控中心可以反向?qū)崿F(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的時(shí)間校正、狀態(tài)報(bào)告、開關(guān)以及其他監(jiān)測(cè)、控制等功能;3、建設(shè)成本低:可充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò),設(shè)備安裝即接通,而采用超短波通信時(shí)需要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,還需要配備天線鐵架等附屬設(shè)備。4、安裝調(diào)試簡(jiǎn)單,建設(shè)周期短:利用現(xiàn)有成熟GSM網(wǎng)絡(luò),系統(tǒng)投入運(yùn)行時(shí)基本不需要調(diào)試,安裝簡(jiǎn)捷。采用超短波通信時(shí)安裝調(diào)試工作量大,要先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)測(cè)試,天線鐵架架設(shè),天線方向角度調(diào)試等工作。5、覆蓋

5、范圍廣。監(jiān)控系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)通信覆蓋范圍廣,擴(kuò)容無限制,接入地點(diǎn)無限制,能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多,分布在全市范圍內(nèi),部分監(jiān)控點(diǎn)位于偏僻地區(qū),而且地理位置分散。采用超短波通訊方式,覆蓋范圍只有30多公里;而采用GPRS方式,理論上在無線GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi),都可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。6、數(shù)據(jù)傳輸速率高。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s,實(shí)際應(yīng)用時(shí)數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右,而目前一般的超短波數(shù)傳電臺(tái)傳送速率多為9.6kbit/s或更低。7、系統(tǒng)的傳輸容量大。監(jiān)控中心站要和每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連接。由于監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量眾多,系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳

6、輸?shù)男枰?而GPRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。8、通信費(fèi)用低。GPRS可以采用按流量包月計(jì)費(fèi)的方式,運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低。三、控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1、組成結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖在深井泵站采用小型PLC進(jìn)行前端的數(shù)據(jù)采集和控制;PLC CPU選用IC200UDR001,該控制器為VersaMax Micro系列控制器,集成8個(gè)開關(guān)量輸入, 6個(gè)開關(guān)量輸出點(diǎn),輸入電源DC24V,這種Micro PLC具有強(qiáng)大的功能,從多達(dá)28個(gè)輸入、輸出點(diǎn)(可擴(kuò)展至140個(gè)到快速的掃描周期,強(qiáng)大的指令集以及大內(nèi)存,編程靈活等特點(diǎn)都集成到了這一個(gè)模塊中;另外擴(kuò)展一塊模擬量模塊基于 PLC 與 GPRS 實(shí)現(xiàn)

7、深井泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 選用 IC200UEX616，該模塊集成有 4 個(gè)模擬量輸入通道，2 個(gè)模擬量輸出通道。 PLC 為控制系統(tǒng)的核心部分， 用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的 實(shí)時(shí)控制。 有 PLC 采集的數(shù)據(jù)采用終端數(shù)據(jù)無線傳輸設(shè)備 DTU 進(jìn)行傳輸，DTU 采用 RS232/422/485 接口，高性能、工業(yè)級(jí)，外置式，特別適用于使用環(huán)境惡劣的各 種工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象等應(yīng)用。GPRS 網(wǎng)絡(luò)用戶移動(dòng)設(shè)備 DTU 與可編程控 制器 PLC 通過串行接口連接，PLC 連接各種傳感器并控制各深井泵站里的水泵。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)用戶移動(dòng)設(shè)備 DTU 利用公網(wǎng) GPRS 網(wǎng)絡(luò)，連接到

8、注冊(cè)服務(wù)器（網(wǎng)絡(luò) 運(yùn)營(yíng)商） ，深井泵站管理控制中心與注冊(cè)服務(wù)器通過以太網(wǎng)互相聯(lián)系。深井泵站 管理員通過控制中心來管理各個(gè)分站的設(shè)備， 并及時(shí)了解各分深井泵站的詳細(xì)參 數(shù)。通過以太網(wǎng)連接，將各深井泵站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)通過上位機(jī)連接到 INTERNET 網(wǎng) 絡(luò)，構(gòu)成專線連接，把數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳到服務(wù)器或管理者的計(jì)算機(jī)上。 2、GPRS 無線 DDN 系統(tǒng)構(gòu)成: a.數(shù)據(jù)中心(包括注冊(cè)中心； b.數(shù)據(jù)傳輸通道(GPRS 網(wǎng)絡(luò)； c.用戶數(shù)據(jù)終端單元(GPRS DTU DTU Internet DTU 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商 數(shù)據(jù)中心 用戶 管理中心 本系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器可采用 ADSL、LAN 等 INTELNET

9、 公網(wǎng)連接，采用公 網(wǎng)固定 IP 或者公網(wǎng)動(dòng)態(tài) IP+DNS 解析服務(wù)，出于安全性考慮，監(jiān)控中心主站在局 6 基于 PLC 與 GPRS 實(shí)現(xiàn)深井泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) 域網(wǎng)中，不直接連在 INTERNET 網(wǎng)上，通過網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器來負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路 建立和數(shù)據(jù)收發(fā)的透明中轉(zhuǎn)。 GPRS 數(shù)據(jù)傳輸終端上電后，它會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定在其內(nèi)部的 IP 地址或者是 域名來主動(dòng)訪問網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器， 通過代理服務(wù)器和監(jiān)控中心建立 TCP/IP 鏈路。 監(jiān)控中心主站本身維護(hù)接入的每個(gè)終端的 IP 地址和 ID 號(hào)， 當(dāng)主站要向某個(gè)監(jiān)控 終端提出數(shù)據(jù)請(qǐng)求時(shí)，它會(huì)根據(jù) IP 地址和 ID 號(hào)來找到對(duì)應(yīng)的終端，將命令下發(fā)

10、到該終端， 終端響應(yīng)后通過 GRPS 數(shù)據(jù)傳輸終端把數(shù)據(jù)發(fā)到網(wǎng)絡(luò)代理服務(wù)器端口， 通過端口影射轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心主站，即完成了一個(gè)應(yīng)答式的通訊流程。 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、工控機(jī)和打印機(jī)、操作臺(tái)組成，另外 到電信或網(wǎng)通申請(qǐng)開通 512K 固定 IP ADSL 連接 INTELNET 公網(wǎng)。工控機(jī)內(nèi)軟件 通過 INTELNET 訪問泵房站的 DTU 實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控。需一套組態(tài)軟件一套網(wǎng)絡(luò) 管理軟件，另外到移動(dòng)或聯(lián)通申請(qǐng)手機(jī) SIM 卡（每站一張卡） 。 四、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn) 1、數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)顯示泵的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行電流，運(yùn)行時(shí)間以及出口壓力，出 口流量，以及各溫度參

11、數(shù)等實(shí)時(shí)參數(shù)。 2、報(bào)警功能：包括泵的欠壓，缺相以及是否有人進(jìn)入泵房等。當(dāng)接收到報(bào)警信 號(hào)首先語音報(bào)警，然后將報(bào)警信息寫入數(shù)據(jù)庫，用于以后的故障追憶。 3、歷史查詢：對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行的各種操作，報(bào)警信息以及模擬量實(shí)時(shí)信息進(jìn)行 存儲(chǔ)，可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行查詢，可按時(shí)間查詢，操作員查詢以及具體某臺(tái)泵進(jìn)行查 詢；對(duì)模擬量還可進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)查詢，歷史曲線查詢等。 4、報(bào)表功能：根據(jù)運(yùn)行要求，自動(dòng)生成報(bào)表，定時(shí)打印各種報(bào)表，包括日?qǐng)?bào)表， 周報(bào)表，年報(bào)表，班組報(bào)表等等。 五、常用無線控制系統(tǒng)對(duì)比 1、無線 DDN 通訊（GPRS）與超短波數(shù)傳電臺(tái)相比有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 、覆蓋范圍大，易組成大網(wǎng)絡(luò)，需增加控制站點(diǎn)時(shí)

12、，只需增加深井泵站的通 信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可連接到原有網(wǎng)絡(luò)中； （2） 、通信速率高，實(shí)時(shí)性好，數(shù)據(jù)量大； 7 基于 PLC 與 GPRS 實(shí)現(xiàn)深井泵的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng) （3） 、通信穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，幾乎無障礙物阻隔的問題； （4） 、性價(jià)比高，按目前的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)深井泵站以 2 分鐘上報(bào)一次數(shù)據(jù)，其 站運(yùn)行費(fèi)用為 600 元/年左右，以 78 分鐘上報(bào)一次數(shù)據(jù)，每站運(yùn)行費(fèi)用為 300 元/年左右； （5） 、不需交無線電管理費(fèi)。 2、無線 DDN 通訊（GPRS）和無線數(shù)傳電臺(tái)通訊方式比較 無線 DDN 通訊（GPRS） 覆蓋范圍 建設(shè)費(fèi)用 施工難度 施工周期 計(jì)費(fèi)方式 運(yùn)行費(fèi)用 通訊速率 誤碼率 網(wǎng)絡(luò)安全性 可靠性 傳輸延時(shí) 維護(hù)成本 全國(guó) 低 較低 較短 按流量月租費(fèi) 較低 4080KBps 較低 高 較高 短 低 超短波無線數(shù)傳電臺(tái) 小于 20KM 高 高 長(zhǎng) 占頻費(fèi) 低 9.6KBps 較高 一般 低 短 低 無線 DDN 通訊（GPRS）的網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)營(yíng)商專門管理維護(hù)，不需要用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò) 調(diào)試和維護(hù)，保持較好的網(wǎng)絡(luò)安全和可靠性。由于用專用地址和運(yùn)營(yíng)商專業(yè)人員 管理，網(wǎng)絡(luò)安全性和可靠性高。 無線數(shù)