1 引言

    百重七供熱站下轄5個(gè)注汽站，每個(gè)注汽內主要設備有水處理裝置，兩臺注汽鍋爐。由于各注汽站地點(diǎn)比較分散，管理不方便，急需一套無(wú)線(xiàn)三遙監控系統。在注汽站下的一種無(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )控制系統，進(jìn)行遙測、遙信和遙控實(shí)現注汽站的無(wú)人值守，保證設備的安全運行。

    2 無(wú)線(xiàn)三遙監控系統的工作原理

    無(wú)線(xiàn)三遙監控系統實(shí)際上是無(wú)線(xiàn)數據傳輸系統，系統的任務(wù)是把數據按規定的準確度和速度從一地傳送到另一地，系統輸入的是待傳輸的數據，它們來(lái)自數據源，通常為二進(jìn)制的比特流。數據傳輸系統包括三大部分，發(fā)送設備，接收設備，和傳送通道。

    發(fā)送設備是把二進(jìn)制的數據變成適合于通信信道的波形，這一過(guò)程為調制，調制主要作用是使發(fā)送信號的頻譜和傳輸信道的頻帶相近似，并提高數據在傳輸過(guò)程中的抗干擾能力。

   接收設備要完成與發(fā)送設備相反的變換，傳輸信道輸出的是帶畸變的，信號與干擾噪聲的混合波形，接收設備對這種波形進(jìn)行處理，然后恢復數據，這一過(guò)程為解調。

    傳輸信道是兩地之間的通信信道，對無(wú)線(xiàn)傳輸系統是一定頻率及帶寬的電磁波。傳輸信道給數據信號提供了通道。也會(huì )使信號產(chǎn)生畸變，帶來(lái)噪聲和干擾，其結果是數據在傳輸后產(chǎn)生差錯，傳輸信道還會(huì )限制信號的傳送速率，特別是無(wú)線(xiàn)通道，帶寬 較窄，同有線(xiàn)信道相比其傳送速率較低。

    衡量無(wú)線(xiàn)三遙系統的性能有以下幾個(gè)指標：

    （1）傳送速率，一般為1200～19200BPS，在無(wú)線(xiàn)三遙系統的設計中采用9600bit/s；

    （2）誤碼率：一般為10-7~10-8；

    （3）可靠性；

    （4）經(jīng)濟性好。

    3 信道設計

    一個(gè)無(wú)線(xiàn)三遙監控系統能否正常工作，關(guān)鍵看無(wú)線(xiàn)通信信道是否暢通，設計步驟如下：

    （1）根據用途，考慮射頻干擾環(huán)境，選出工作頻段或頻點(diǎn)，根據國家無(wú)線(xiàn)電管理委員會(huì )規定，民用遙測頻段是VHF230MHz，采用調頻工作方式，在這一頻段，無(wú)線(xiàn)電波的直線(xiàn)形成傳播。

    （2）選定站址及無(wú)線(xiàn)高度。

    （3）根據傳輸指標及實(shí)現的可靠性，選擇天線(xiàn)形式，計算所需發(fā)射功率。

    無(wú)線(xiàn)三遙通信網(wǎng)一般可設計成星型輻射網(wǎng)絡(luò )，并分為單頻點(diǎn)組網(wǎng)和異頻點(diǎn)組網(wǎng)，其結構如圖1、圖2所示。

        
                                圖1 單頻點(diǎn)組網(wǎng)        圖2 異頻點(diǎn)組網(wǎng)  

   采用單頻點(diǎn)組網(wǎng)是以同頻單工方式工作的。它們的好處是設備一致，各點(diǎn)的設備可以互換，組網(wǎng)方便，只要進(jìn)入場(chǎng)強覆蓋范圍，系統任意兩點(diǎn)都可以相互通信。

    當采用異頻頻點(diǎn)組網(wǎng)時(shí)，該網(wǎng)是以導頻單工或異頻雙工方式工作，通信雙方的收發(fā)信機分別使用2個(gè)頻率，主站電臺的收發(fā)信機與各從站的收、發(fā)信機頻率相反，它的好處是頻率的利用率高，相鄰電臺干擾少。

    4 無(wú)線(xiàn)三遙監控系統的硬件環(huán)境

      無(wú)線(xiàn)三遙監控系統由一個(gè)主站及多個(gè)從站組成，其中從站由注汽站為主體，測控儀表、安控RTU終端、數字無(wú)線(xiàn)電臺、天線(xiàn)等組成，主站由PC和數字無(wú)線(xiàn)電臺等組成。

    4.1 安控RTU終端控制器的基本結構

   安控RTU終端是一種遠端測控單元裝置，負責對現場(chǎng)信號、工業(yè)設備的監測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，安控RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。

    安控RTU終端控制器主要由CPU、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源等部分組成，其組成結構框圖，如圖3所示。
     
                           
                                  圖3  安控RTU結構框圖

    （1）CPU模塊

    在RTU終端控制器系統中，CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執行用戶(hù)程序，刷新系統輸出。

    （2）I/O模塊（輸入輸出模塊）

    輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號。數字量輸入模塊用來(lái)接收從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數字撥碼開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)、繼電器等數字輸入信號；模擬量輸入模塊用來(lái)接收各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。

    輸出模塊用來(lái)驅動(dòng)被控設備。數字量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用來(lái)控制調節閥、變頻器等執行裝置。

   （3）電源模塊

    RTU終端控制器使用24V直流電源。內部的開(kāi)關(guān)電源為各模塊提供DC5V、DC24V等直流電源。

    （4）RTU終端控制器的通訊接口

    RTU采用RS232標準通信接口MODBUS通信協(xié)議通過(guò)無(wú)線(xiàn)數傳電臺與上位PC進(jìn)行通信。MODBUS通信協(xié)議是一種主從協(xié)議，允許一個(gè)主站與多個(gè)從站通信。MODBUS通信協(xié)議主要包括寄存器和開(kāi)關(guān)量I/O讀寫(xiě)等命令。采用命令/應答方式，每一種命令幀都對應著(zhù)一種應答幀，主站首先向從站發(fā)送請求命令，從站根據請求命令中的功能碼向主站發(fā)送數據，每個(gè)從站都有自己獨立的地址。主站所發(fā)的請求幀和從站所發(fā)的應答幀都是以從站地址開(kāi)頭的，從站只讀發(fā)給自己的命令，對以其它從站地址開(kāi)頭的幀不作應答。

    （5）安控RTU終端控制器的工作原理

    安控RTU終端控制器通電后，需要通過(guò)硬件和軟件做一些初始化工作。為了RTU終端控制器的輸出及時(shí)地響應各種輸入信號，初始化后控制器將反復不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，如圖4所示。
        
                                        

                                   圖4  安控RTU工作原理示意圖
   4.2 主站

    監控中心主站采用計算機串口與數字無(wú)線(xiàn)電臺相連，通過(guò)它主站向從站發(fā)送數據，并接收從站發(fā)來(lái)的數據，主站接收從機傳來(lái)的各種信號，處理后顯示輸出。

    監控中心主站計算機系統配備必要的操作系統軟件、組態(tài)軟件。調度中心主站組態(tài)軟件KINGVIEW6.5軟件為平臺，能夠顯示所有工藝流程、過(guò)程參數、趨勢圖、監控設備的運行狀態(tài)，完成報警和各種管理報表的打印以及數據的存儲功能。

    組態(tài)軟件一方面通過(guò)I/O驅動(dòng)程序從現場(chǎng)I/O設備獲取實(shí)時(shí)數據，對數據進(jìn)行必要的加工后，以圖形方式直觀(guān)地顯示在計算機屏幕上；另一方面按照組態(tài)要求和操作人員的指令將被控數據送給I/O設備，對執行機構控制或調整控制參數。圖5直觀(guān)地表示出了組態(tài)軟件的數據流程。
   
               
                                   圖5 組態(tài)軟件的數據流程
 
    從圖中可以看出，實(shí)時(shí)數據庫是組態(tài)軟件的核心和引擎，歷史數據的存儲與檢索、報警處理與存儲、數據的運算處理、數據連接都是由實(shí)時(shí)數據庫系統完成的。圖形界面系統、驅動(dòng)程序等組件以實(shí)時(shí)數據庫為核心，通過(guò)高效的內部協(xié)議相互通信，共享數據。  
   
    4.3 數字無(wú)線(xiàn)電臺

    數字無(wú)線(xiàn)電臺可用于中心控制站與遠程RTU站之間的數據通信，電臺的工作范圍在50公里之內?？梢园腚p工或單工方式工作，收發(fā)同頻或異頻，與RTU終端或PC機采用RS232數據接口通信。

    5 無(wú)線(xiàn)三遙系統的工作原理

    安控RTU終端控制器設有EPROM及E2PROM，用于存儲程序及組態(tài)數據，硬件為模塊化設計，模擬量輸入模塊用以測溫度、壓力、流量、電壓、電流；開(kāi)關(guān)量輸入模塊用來(lái)檢測電機運行狀態(tài)，開(kāi)關(guān)量輸出模塊用以控制注氣泵電機啟停，模擬量輸出模板用以控制注氣泵電機轉速，通信有RS-232C通信接口電路，它和數字無(wú)線(xiàn)電臺相連，安控RTU終端控制器通過(guò)它接收主站發(fā)來(lái)的數據并向主站發(fā)送數據。

    5.1 供熱站工藝流程

    供熱站將井區來(lái)的清水經(jīng)過(guò)在加熱蒸汽鍋爐中加熱為蒸汽后，再由注氣泵供給各個(gè)井口來(lái)進(jìn)行注氣，如圖6所示。
          
             
                                        圖6  供熱站工藝流程圖

    5.2 供熱站檢測點(diǎn)

    供熱站無(wú)線(xiàn)三遙監控系統設置的檢測點(diǎn)有：來(lái)水壓力、來(lái)水流量、加熱鍋爐內溫度、加熱鍋爐內壓力、注氣蒸汽壓力、注氣蒸汽流量、電機電流和電機溫度等，控制點(diǎn)有注氣泵的啟?？刂?。

    5.3 百重七二作業(yè)區無(wú)線(xiàn)三遙監控系統的系統結構

   監控中心計算機內裝WindowsXP 操作系統，監控軟件和應用軟件，用于工藝流程的操作及監視，設備狀態(tài)的監視、設備故障的監視及確認，流量、壓力、溫度的瞬時(shí)值及累計值的圖形化動(dòng)態(tài)顯示，故障及生產(chǎn)報表打印等。實(shí)現整個(gè)系統的狀態(tài)監視、控制操作、數據采集等功能，通過(guò)設置密碼限制不同級別人員操作。
  
                         

                                 圖7     無(wú)線(xiàn)三遙監控系統的系統結構圖  

    6 總結

     根據百重七供熱站的地理分布和以及工藝流程，基于“集中管理，分散控制”的模式，建立一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、成效顯著(zhù)且便于進(jìn)一步擴充的集現場(chǎng)控制、過(guò)程監視和計算機管理于一體的監控系統，完成對整個(gè)工藝過(guò)程及全部生產(chǎn)設備的監測與自動(dòng)控制，實(shí)現“現場(chǎng)無(wú)人值守，總站少人值班”的目標。  

   摘自《自動(dòng)化博覽》2011年第十一期