基于无线GPRS的化工厂水源地PLC监控系统

2012-03-15兖矿国宏化工有限责任公司单士伟

电子世界 2012年15期

兖矿国宏化工有限责任公司单士伟郭萍

1.引言

煤化工是高耗水的化工行业，水源地系统的选取与监控对于煤化工行业来说至关重要。传统的超远程监控一般都是在两地都设有值班人员，通过电话联系或手工记录的方式来实现监控。这样既耗费了人力又使得远程实时数据无法第一时间传到主厂区，不利于厂调度系统对厂区关键数据的及时掌握。公司主厂区与水源地之间的距离由于超出20KM，使用传统的硬接线或光纤传输显然成本会很高。使用移动公司的通用分组无线服务技术GPRS（General Packet Radio Service)，利用现有的移动基站可以实现超远距离数据的实时传输，从而方便地解决了远距离传输生产数据成本高的问题。

2.控制系统要求

公司水源地包括西龙河水源地和西苇水库水源地，其中西龙河水源地有10口井和3个去厂区水池的加压泵，10口井距离主厂区较远，具体为20km；西苇水库水源地有2口井并设2台去厂区净水池的加压泵。水源地自动监控系统子站分别设在西龙河变电所和西苇水库变电所，控制主站设在中央控制室，操作员站设在调度室。子站、主站之间数据交换采用先进的GPRS无线网络通讯方式，实现对水井的遥测、遥控等功能，为供水调度提供及时、准确、可靠的信息。

3.系统的总体架构

3.1 系统硬件构成

系统由一个PLC主站和2个PLC从站组成，PLC主站位于主厂区的中央控制室机柜间，2个PLC从站分别位于西龙河变电所和西苇水库变电所，主站与从站之间传输的数据包括高位水池、净水池、蓄水池的液位；加压泵、消防泵、生产生活水泵出口管线压力；输水管线和生活生产水泵出口管线流量；高压变电所各种电量数据以及远程加压泵的启停等的信号。

具体的系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

在主厂区中央控制室的PLC主站是整个水源地监控系统的核心，我们选择西门子高性能的CPU315-2PN/DP作为主PLC。主PLC负责采集两个从PLC站传来的数据，并向两个从PLC站传输指令。系统所有的控制逻辑都是存放在主PLC中，从PLC CPU中存放的只是与数据通信有关的指令。主PLC下设一块串口通信处理器CP341，负责GPRS DTU与主PLC之间的串口通信。两个从PLC的结构一样，均采用CPU314作为CPU，下设CP341通信控制器与GPRS DTU。主PLC控制器通过自带的工业以太网接口连接到工业以太网上与位于调度室的操作站进行连接。

3.2 GPRS无线数据传输部分

GPRS DTU是一种互联网无线数据终端，利用公用运营商网络为用户提供无线长距离数据传输功能。我们通过每个PLC站的GPRS DTU来实现三个控制站的互联。GPRS DTU模块提供了RS232／RS485接口，可以跟PLC等串口设备连接起来进行数据交互。为不具备TCP／IP协议处理的终端设备提供了GPRS通信能力。在GPRS DTU模块上配置了串口设备的波特率、数据位、校验位等信息和数据中心的IP地址、端口等信息后，将PLC上的数据传输到GPRS网络。通过CP341串口通信处理器实现CPU与GPRS DTU的RS485通信。在这里我们采用宏电H7118 GPRS DTU。H7118符合工业级标准，优化电磁兼容性设计，具有超强的可靠性；H7118 GPRS DTU内嵌PPP、TCP/IP、DDP等多种协议，可实现用户设备到数据中心远程透明数据通信。

4.PLC程序设计

4.1 数据的发送

由于主PLC需要与两个从PLC通讯，在主程序OB1中设定一个循环计数器当计数器当前值计到1时主PLC把西龙河水源地的控制数据所在的数据块OB62的前10个字节由通过数据发送功能块FB8发送出去，给数据块的第一个字节赋值为1，两个从站接受到信息后校验数据块的第一个字节，对于西龙河水源地如果数据块的第一个字节为1就接收否则不接收。当数器当前值计到2时主PLC把西苇水库水源地的控制数据所在的数据块OB60的前10个字节发送出去，给数据块的第一个字节赋值为2，两个从站接受到信息后校验数据块的第一个字节，对于西苇水库水源地如果数据块的第一个字节为2就接收否则不接收。当计数器当计数器当前值为3时，复位计数器从新开始从0计数。

4.2 数据的接收

两个从站分别将采集到的数据所在的数据块DB9、DB10的前160个字节通过数据发送功能块FB8发送，西龙河水源地给数据块DB9的第一个字节赋值为1，西苇水库水源地给DB10的第一个字节赋值为2。主PLC通过数据接收功能块FB8接收到数据后，校验数据块的第一个字节，当是1时把数据存放在西龙河水源地数据块DB30中，当是2时把数据存放在西苇水库水源地数据块DB64中，完成数据的接收。

5.上位机组成

我们使用WinCC作为上位机监控软件，WinCC是SIMATIC PCS 7过程控制系统及其它西门子控制系统中的人机界面组件，考虑到下位机选用的是S7-300 PLC及其编程工具STEP7，与WinCC同为德国SIEMENS公司的产品，WinCC本身提供S7-300PLC的驱动软件，因此使PLC与上位机的联接可以变得非常容易。