ABB AI810 3BSE008516R1_廈門仲鑫達科技有限公司

我國北方地區冬季目前普遍採用集中供暖方式進行供熱。熱電廠通過城市高溫供熱管道將熱水送至各居民小區、企業中的換熱站。在換熱站，高溫管道（以下簡稱一次網）中的熱水與進居室暖氣片（以下簡稱二次網）的熱水通過換熱器交換熱量。經過換熱後，二次網中熱水流入各居室中。

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

因此，各換熱站現場參數的採集、調度室與各換熱站的數據實時通訊就顯得至關重要。在這裏，筆者提出一種先進的無線監控方案：各換熱站中安裝北京和利時係統工程股份有限公司的HOLLiAS-PLC G5完成對現場參數採集、設備控制，現場HOLLiAS-PLC G5通過GPRS網絡與調度中心控制計算機建立可靠、穩定的通訊，在調度中心可對現場所有換熱站完成監視、控制。

該方案已在沈陽皇姑熱電有限公司供暖監控係統中得到良好實際應用，下面做一詳細說明。

2 係統概述

沈陽皇姑熱電有限公司供暖監控係統如圖1所示由三部分組成：現場換熱站HOLLiAS-PLC G5控制部分、GPRS數據傳輸部分、調度室數據中心。通過HOLLiAS-PLC G5 CP240 RS-232模塊完成與GPRS DTU的數據交互。PLC定時將數據發送給GPRS DTU，同時PLC實時接收DTU發來的數據完成相應控制功能。GPRS DTU在收到PLC發來的數據會立即轉發到數據中心。根據換熱站的實際情況，此次換熱站PLC每次向DTU發送幀格式數據量為140字節，包括所有模擬量和開關量。

(1) 現場換熱站 HOLLiAS-PLC G5將各工藝參數實時採集後通過RS-232串口通信模塊將數據送往GPRS DTU通信模塊；同時，還可通過該通信模塊接收調度中心的指令。

(2) GPRS數據傳輸部分在對GPRS DTU通信模塊進行配置時預先輸入數據中心的固定IP地址。GPRS DTU通信模塊收到HOLLiAS-PLC G5發來的數據後，把這些數據送到前面設置的IP地址主機中（即數據中心路由器）。GPRS DTU發送數據的過程為：數據送到中國移動GPRS網絡中，然後再經過Internet，後在數據中心通過ADSL進行接收，數據中心路由器收到各換熱站的數據後轉發到數據服務器上。

(3) 調度室數據中心由ADSL MODEM、防火墻、路由器、數據中心服務器、客戶機、網關機組成。數據中心服務器通過ADSL Modem接收來自各換熱站的數據，並對數據進行存儲、歷史趨勢分析、報表打印等，其中一部分數據還傳送到全廠MIS係統。

3 係統網絡

該係統主要是通過GPRS DTU和移動公司GPRS網絡來完成。DTU主要完成HOLLiAS-PLC G5與調度中心數據傳輸轉發的任務，同時也是與移動GPRS網絡的工作接口。主要設置的參數如下：

(1) 與移動GPRS APN（訪問結點網絡）方式。APN主要有以下兩種：CMNET和專線訪問。CMNET利用的是中國移動的公眾網絡，性和數據傳輸控制性相對專線訪問方式存在一些弊端，因此，筆者選擇的是專線訪問這種方式。

(2) 數據發送目的地，即數據中心服務器或者路由器的IP地址或者域名。

(3) 與HOLLiAS-PLC G5 CP240的接口參數，包括波特率、停止位、奇偶校驗、數據位、流控制。

(4) DTU對於不同地區GPRS網絡質量的一些參數配置。

數據經 DTU發送到移動GPRS網絡上的CGSN後，移動的GPRS網絡與Internet有通道接口，因此，移動CGSN服務器可將數據經Internet再轉發到數據中心服務器或者是路由器上。為了保證數據在移動網絡到數據中心路由器之間傳輸的性，筆者使用了VPN功能。該功能在數據中心路由器和移動出口網關服務器之間建立VPN的GRE隧道，保證這兩點之間數據傳輸的性，不被他人在中途進行信息竊取、修改。

移動GPRS網絡傳輸送來的各換熱站數據經Internet，通過ADSL Modem信號解調經防火墻檢測後送達路由器VPN解密後，再將解密後的數據包轉發到指定的數據中心服務器上進行數據接收處理，與此同時數據中心服務器擔負著向各換熱站發送相應控制指令數據的任務。各客戶機從數據中心服務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、歷史曲線等功能。

此外，在調度中心網絡中，網關機與全廠MIS網絡連接，負責把熱網的各種運行參數送到MIS網上，供上一級相應MIS軟件完成數據分析、數據挖掘等功能，大大提高熱網運行的經濟性。在這裏，網關機與MIS網數據服務器的數據接口選用OPC，該接口使用方便、調試配置十分簡單。

GPRS技術

GPRS 是通用分組無線業務(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現有GSM 係統上發展出來的一種新的承載業務，目的是為GSM 用戶提供分組形式的數據業務。GPRS
理論帶寬可達171.2Kbps，實際應用帶寬大約在10~70Kbps，在此信道上提供TCP/IP 連接，可以用於Internet連接、數據傳輸等應用。

GPRS 是一種新的移動數據通信業務，在移動用戶和數據網絡之間提供一種連接，給移動用戶提供高速無線IP。GPRS 採用分組交換技術，每個用戶可同時佔用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，資源被有效的利用，數據傳輸速率高達171.2Kbps。使用GPRS技術實現數據分組發送和接收，用戶在線且按流量計費，迅速降低了服務成本。

基於GPRS技術組建的熱網遠程監控係統有如下特點：

在線 GPRS DTU一開機就能自動附著到GPRS網絡上，並與數據中心建立通信鏈路，隨時收發用戶數據設備的數據，具有很高的實時性；

按流量計費 GPRS DTU一直在線，按照接收和發送數據包的數量來收取費用，沒有數據流量的傳遞時不收費用；

高速傳輸 GPRS網絡的傳輸速度快將達到160Kbps，速率的高低取決於移動運營商的網絡設置，根據中國移動的網絡情況，目前可提供20~40Kbps的穩定數據傳輸；

組網簡單、迅速、靈活 GPRS無線DDN係統可以通過Internet網絡隨時隨地的構建覆蓋全中國的虛擬移動數據通信網絡，為廣大中小用戶提供接入便利，節省接入投資；

通信鏈路由專業運營商維護由於採用中國移動的GPRS 數據業務，因此鏈路維護也由中國移動負責，免除通信鏈路維護的後顧之憂；

防雷擊由於採用中國移動的GPRS 數據業務，所以在不影響上網的前提下，GPRS DTU的發射功率非常小，天線非常短，而且無需高架，克服了有線傳輸和無線電臺傳輸容易引雷擊壞設備的缺點。

4 工藝控制描述

該方案中，筆者採用HOLLiAS-PLC G5在各換熱站完成以下功能：現場溫度、壓力、流量、液位信號的採集；現場各調節閥的控制；現場電機、變頻器的控制及運行監視。在換熱站中，通過觸摸屏簡單易行的完成人機交互，控制各種設備穩定運行。對於現場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的供回水平均溫度調節一次網供水或回水管道上電動調節閥，從而改變一次網進換熱器的流量，保證二次網的供熱量。

(2) 根據室外氣象溫度、二次網的供回水溫度、供回水壓力共五個參數，來通過變頻器調整循環水泵的運行頻率，從而改變二次網的運行流量。（對於目前換熱站中循環水泵為變頻控制的採用該方案）。

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

(4) 其中，室外氣象溫度數據採用各新機組室外溫度加權平均後經中心站處理後送往各改造機組進行自動控制。

5 係統功能與特點

5.1 功能

沈陽皇姑熱電有限公司供暖監控係統（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。

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，並有實時趨勢圖便於進行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鎖值、報警值等；

報表顯示和打印
採用了DDE技術，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表，借助Excel的強大功能，用戶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行在線存儲，數據的存儲時間長為10年。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數據；

控制在監控計算機上可以進行遠程手動控制，使用鼠標、鍵盤控制PLC來啟動和停止現場的設備；

管理對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數值、修改後的參數等，以利於進行管理及事故分析；

5.2 特點

(1) 先進性

本方案設計中不僅採用了先進的軟、硬件，而且著眼於企業“管控一體化”的需求，貫徹了數字化、信息化環保的先進思想，使企業生產數據的進一步智能應用成為現實。該方案使控制係統有機地成為企業整個IT架構的一部分。

本係統採用先進的計算機控制係統，主要用於城市熱網的生產控制、運行操作、監視管理。控制係統配有可靠的硬件設備和功能強大、運行可靠、界面友好的係統軟件、編程軟件、控制軟件。

(2) 高可靠性

與傳統的無線電臺傳輸相比，GPRS網的數據傳輸抗幹擾能力更強，且通訊覆蓋範圍遠遠強於前者；

現場控制站HOLLiAS-PLC G5對工藝過程的控制不會因監控計算機的癱瘓而受影響；

現場控制站的HOLLiAS-PLC G5能夠在惡劣的環境中長期可靠運行，並且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固、抗腐蝕、適應較寬的溫度變化範圍，平均無故障間隔時間（MTBF）15年。

(3) 強大的功能

HOLLiAS-PLC G5的編程語言符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用；

CPU內置軟PID，並提供了豐富的指令集及函數庫，用戶直接調用；

組態軟件圖庫豐富，網絡功能強大，報警、報表、歷史數據以及二次開發功能完善而易用。

(4) 優良的開放性

TCP/IP協議是目前開放性好的協議，可以輕松進行係統擴展；

組態軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，方便接入全廠MIS係統；

同時也為各大廠商，如Modicon、Siemens、AB、GE、Omron等的設備提供了完善的驅動程序庫，從而可以將其它係統輕松接入本係統。

6 結語

該方案實現了對沈陽市皇姑區換熱站運行參數的集中監視、控制，與去年（老係統）相比，沈陽皇姑供暖公司減少了近一半的維護人員，部分換熱站還實現了無人值守，提高企業的經濟效益。與使用傳統無線電臺相比，該方案具備的抗幹擾性（尤其是在城市中）、數據傳輸性。相信這種遠程監控方案將在城市管網、熱網、石油、地震檢測、電力等一些無線遠程數據監控中得到更大範圍應用。

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