基于無線GPRS的化工廠水源地PLC監(jiān)控系統(tǒng)

兗礦國宏化工有限責(zé)任公司 單士偉 郭 萍

1.引言

煤化工是高耗水的化工行業(yè)，水源地系統(tǒng)的選取與監(jiān)控對于煤化工行業(yè)來說至關(guān)重要。傳統(tǒng)的超遠程監(jiān)控一般都是在兩地都設(shè)有值班人員，通過電話聯(lián)系或手工記錄的方式來實現(xiàn)監(jiān)控。這樣既耗費了人力又使得遠程實時數(shù)據(jù)無法第一時間傳到主廠區(qū)，不利于廠調(diào)度系統(tǒng)對廠區(qū)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的及時掌握。公司主廠區(qū)與水源地之間的距離由于超出20KM，使用傳統(tǒng)的硬接線或光纖傳輸顯然成本會很高。使用移動公司的通用分組無線服務(wù)技術(shù)GPRS（General Packet Radio Service)，利用現(xiàn)有的移動基站可以實現(xiàn)超遠距離數(shù)據(jù)的實時傳輸，從而方便地解決了遠距離傳輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)成本高的問題。

2.控制系統(tǒng)要求

公司水源地包括西龍河水源地和西葦水庫水源地，其中西龍河水源地有10口井和3個去廠區(qū)水池的加壓泵，10口井距離主廠區(qū)較遠，具體為20km；西葦水庫水源地有2口井并設(shè)2臺去廠區(qū)凈水池的加壓泵。水源地自動監(jiān)控系統(tǒng)子站分別設(shè)在西龍河變電所和西葦水庫變電所，控制主站設(shè)在中央控制室，操作員站設(shè)在調(diào)度室。子站、主站之間數(shù)據(jù)交換采用先進的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)通訊方式，實現(xiàn)對水井的遙測、遙控等功能，為供水調(diào)度提供及時、準確、可靠的信息。

3.系統(tǒng)的總體架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

系統(tǒng)由一個PLC主站和2個PLC從站組成，PLC主站位于主廠區(qū)的中央控制室機柜間，2個PLC從站分別位于西龍河變電所和西葦水庫變電所，主站與從站之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括高位水池、凈水池、蓄水池的液位；加壓泵、消防泵、生產(chǎn)生活水泵出口管線壓力；輸水管線和生活生產(chǎn)水泵出口管線流量；高壓變電所各種電量數(shù)據(jù)以及遠程加壓泵的啟停等的信號。

具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在主廠區(qū)中央控制室的PLC主站是整個水源地監(jiān)控系統(tǒng)的核心，我們選擇西門子高性能的CPU315-2PN/DP作為主PLC。主PLC負責(zé)采集兩個從PLC站傳來的數(shù)據(jù)，并向兩個從PLC站傳輸指令。系統(tǒng)所有的控制邏輯都是存放在主PLC中，從PLC CPU中存放的只是與數(shù)據(jù)通信有關(guān)的指令。主PLC下設(shè)一塊串口通信處理器CP341，負責(zé)GPRS DTU與主PLC之間的串口通信。兩個從PLC的結(jié)構(gòu)一樣，均采用CPU314作為CPU，下設(shè)CP341通信控制器與GPRS DTU。主PLC控制器通過自帶的工業(yè)以太網(wǎng)接口連接到工業(yè)以太網(wǎng)上與位于調(diào)度室的操作站進行連接。

3.2 GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸部分

GPRS DTU是一種互聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用公用運營商網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線長距離數(shù)據(jù)傳輸功能。我們通過每個PLC站的GPRS DTU來實現(xiàn)三個控制站的互聯(lián)。GPRS DTU模塊提供了RS232／RS485接口，可以跟PLC等串口設(shè)備連接起來進行數(shù)據(jù)交互。為不具備TCP／IP協(xié)議處理的終端設(shè)備提供了GPRS通信能力。在GPRS DTU模塊上配置了串口設(shè)備的波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位等信息和數(shù)據(jù)中心的IP地址、端口等信息后，將PLC上的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)。通過CP341串口通信處理器實現(xiàn)CPU與GPRS DTU的RS485通信。在這里我們采用宏電H7118 GPRS DTU。H7118符合工業(yè)級標(biāo)準，優(yōu)化電磁兼容性設(shè)計，具有超強的可靠性；H7118 GPRS DTU內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、DDP等多種協(xié)議，可實現(xiàn)用戶設(shè)備到數(shù)據(jù)中心遠程透明數(shù)據(jù)通信。

4.PLC程序設(shè)計

4.1 數(shù)據(jù)的發(fā)送

由于主PLC需要與兩個從PLC通訊，在主程序OB1中設(shè)定一個循環(huán)計數(shù)器當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值計到1時主PLC把西龍河水源地的控制數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊OB62的前10個字節(jié)由通過數(shù)據(jù)發(fā)送功能塊FB8發(fā)送出去，給數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)賦值為1，兩個從站接受到信息后校驗數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)，對于西龍河水源地如果數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)為1就接收否則不接收。當(dāng)數(shù)器當(dāng)前值計到2時主PLC把西葦水庫水源地的控制數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊OB60的前10個字節(jié)發(fā)送出去，給數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)賦值為2，兩個從站接受到信息后校驗數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)，對于西葦水庫水源地如果數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)為2就接收否則不接收。當(dāng)計數(shù)器當(dāng)計數(shù)器當(dāng)前值為3時，復(fù)位計數(shù)器從新開始從0計數(shù)。

4.2 數(shù)據(jù)的接收

兩個從站分別將采集到的數(shù)據(jù)所在的數(shù)據(jù)塊DB9、DB10的前160個字節(jié)通過數(shù)據(jù)發(fā)送功能塊FB8發(fā)送，西龍河水源地給數(shù)據(jù)塊DB9的第一個字節(jié)賦值為1，西葦水庫水源地給DB10的第一個字節(jié)賦值為2。主PLC通過數(shù)據(jù)接收功能塊FB8接收到數(shù)據(jù)后，校驗數(shù)據(jù)塊的第一個字節(jié)，當(dāng)是1時把數(shù)據(jù)存放在西龍河水源地數(shù)據(jù)塊DB30中，當(dāng)是2時把數(shù)據(jù)存放在西葦水庫水源地數(shù)據(jù)塊DB64中，完成數(shù)據(jù)的接收。

5.上位機組成

我們使用WinCC作為上位機監(jiān)控軟件，WinCC是SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)及其它西門子控制系統(tǒng)中的人機界面組件，考慮到下位機選用的是S7-300 PLC及其編程工具STEP7，與WinCC同為德國SIEMENS公司的產(chǎn)品，WinCC本身提供S7-300PLC的驅(qū)動軟件，因此使PLC與上位機的聯(lián)接可以變得非常容易。

6.結(jié)束語

作為使用GPRS通訊技術(shù)監(jiān)控遠程生產(chǎn)數(shù)據(jù)的案例，我公司50萬噸/年甲醇項目的水源地系統(tǒng)監(jiān)控使用GPRS通訊技術(shù)并通過西門子S7-300 PLC來實現(xiàn)。本監(jiān)控系統(tǒng)從具體使用的情況來看，即節(jié)省了項目資金又達到主廠區(qū)對水源地的實時監(jiān)控的目的，并且節(jié)省了人力真正實現(xiàn)了無人值守。