基于GPRS短信功能的PLC温度调节装置

闫鸿魁，王 森，杨秀敏，邵 亮

(沈阳工程学院 自动化学院，辽宁 沈阳 110136)

基于GPRS短信功能的PLC温度调节装置

闫鸿魁，王 森，杨秀敏，邵 亮

(沈阳工程学院 自动化学院，辽宁 沈阳 110136)

结合实际工作厂房供暖的需要，设计了一个通过组态可视化界面实现触摸屏控制的PLC温度调节装置，包括硬件的整体结构和组态软件的选择。采用PLC代替传统单片机控制热风幕的关断，尤其在恶劣条件下提高了热风幕关断的准确率。并且通过软件实现了GPRS短信功能，包含远程报警和数据传输等，自动化系统中应用该项技术的可行性得到证明。通过组态软件的实现，更好地实现了人机交互可视化界面应用的可行性。最后对装置分别进行了现场实际验证，温度调节的正确率、GPRS短信功能验证实验、组态的实时处理和数据收发正确率均达到了100%。

温度调节；组态；PLC；GPRS

我国北方地区供暖普遍采用传统的燃煤锅炉供暖，除了污染环境，随着煤的产量越来越少，供暖成本也越来越高。中小型企业为了节约成本，采用热风幕供热，同时实时监控周围环境温度，智能调节温度，大大节约成本，同时减少环境污染[1]。

提出了触摸屏控制PLC调节温度进行处理分析的方案，保证了调节的实时性和准确性。同时实现人机交互可视化界面，更直观的查看相关信息。GPRS短信通信技术在自动化系统中既减少网络构建和维护费用又保证了其稳定性。因此，进行了具有GPRS短信技术功能的PLC温度调节装置的研发工作，侧重于馈线终端部分的介绍。

1 GPRS短信技术特点和通信实现

通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service)的简称为GPRS[2]，GPRS可说是GSM的延续。GPRS是以封包(Packet)式来传输，不同于以往的在频道传输的方式，在费用上不用承担整个频道，是以传输的单位来计算，因此性价比较高。GPRS被称为2.5G技术，传输速率峰值可达到384 kbps。EDGE被称为2.75G技术，为GSM向3G的转变提供了技术基础。具有永远在线、速度高、按数据流量计费等特点，优势显著存在于实时传输远程突发性数据中。系统的通信网络结构如图1所示。

图1 通信网络结构

系统主要由馈线终端的PLC、终端的GPRS通信模块、GPRS通信网络、管理主机或手机等组成。通信的过程：当PLC通过温度传感器检测出温度，并通过PLC控制端控制热风幕的开断，同时当温度过高或过低时PLC控制端未动作并报警，GPRS终端通信模块寻找信息目标，并将短信发送到中国移动公司的GPRS通信网络主机。移动设备或者是链接该短信模块的终端都可以接收到相应信息。接收信息后，可以根据温度和现场具体情况进行处理。短信通信的实现采用F2103 GPRS-DTU，如图2所示。支撑平台采用嵌入式实时操作系统，通信处理器和工业级的无线模块，同时提供RS232和RS485接口，串口设备可直接连接，传输功能实现数据全透明[3]。

图2 F2103 GPRS模块

该模块提供三个指示灯[4]，分别为“Power”、“ACT”、“Online”。指示状态如表1所示。

表1 状态指示表

2 MCGS组态的选择及实现

基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的，主要完成前端数据的控制与处理、现场数据的监测与采集，触摸屏选用的是TPC7062K[5]。

系统主界面如图3所示，包含四个区域，四个温控探头，每个区域平均配置两个热风幕，每个区域的开启意味着该区域的两个热风幕启动，提高该区域的环境温度[6,7]。

图3 系统主界面

登录后可进入模式选择如图4所示。模式选择有手动控制、定时控制、温度控制这三种模式，还能对系统进行设置等。启用任何与当前控制模式不一致的控制模式都会弹出停用当前模式的警告。点击“Yse”确认启用模式。

图4 模式选择界面

手动模式先进入的是单台控制模式，可以看到每个区域的温度，并手动启动或停止每一台设备。进入手动控制所有设备会强制停止，然后人为启动每一台设备。灰色表示设备停止，红色表示设备启动，点击每一台设备图标即可切换启动、停止，运行时设备红色，停止时设备灰色。手动模式界面如图5所示。

图5 手动模式界面

3 硬件结构与功能实现

该系统的硬件结构如图6所示。包括温度的采集、GPRS短信模块、MCGS触摸屏、PLC及其扩展模块，所完成的功能如下：

1)区域温度的实时采集。当区域温度低于设定值温度时，启动PLC控制继电器吸合，通过热风幕的开启达到设定的温度；当区域温度高于设定温度时，关闭继电器，从而关闭热风幕。

2)自动进行SMS数据通信。当温度过高或过低故障被装置检测出后，串行通信端口与GPRS短信模块通过PLC连接，监控中心或者操作人员的通信设备自动接收异常数据。

3)采用MCGS触摸屏，更直观的实时监测区域温度情况和热风幕的工作状态，通过MCGS实时控制各区域热风幕的运行状态。

4)装置实时监测区域温度的信息，可让控制中心知道调节装置和短信模块运行正常。出现问题可及时解决,避免出现运行事故。

图6 装置硬件结构

4 装置软件的实现过程

本装置通过检测区域温度与设定温度的大小来判别是否启动热风幕，进而实现区域温度的调节，整个温度调节流程如图7所示。

区域温度的调节分为三种模式，可以自行选择并在其模式下进行温度调节，具体温度调节模式选择流程如图8所示。

图7 温度调节流程

图8 模式选择流程

5 装置的功能验证实验

5.1 组态的功能验证实验

系统具有密码保护功能，在不登录的情况下只能查看各设备的运行状态。密码保护界面如图9所示，该情况下模式选择无法进入。

图9 密码保护界面

5.2 PLC的功能验证实验

PLC程序分为几个模块，包含主程序、初始化、定时控制、手动控制、温度控制和温度采集程序。PLC功能验证实验还包括定义符号表、元件监控表、通讯的配置及系统参数等[8-11]。其中部分主程序梯形图如图10所示。

5.3 GPRS数据传输试验环境测试

在调试过程中，在串口参数设置栏内显示当前打开的串口参数，默认情况下是 COM1，波特率115 200，并且串口已经打开，8位数据位，奇偶校验可选，1位停止位[12]。Server：模拟实际应用中的数据中心，假设Server的IP地址为 202.118.76.201，在Server上运行Server Demo软件，DEMO 软件通过5001端口进行监听。PC：模拟串口设备使其用于数据采集，开启串口调试工具。Server的数据通过数据采集PC发送数据，具体流程如图11所示。

图10 主程序梯形图

图11 发送数据具体流程

图12 DEMO参数配置界面

具体设置如下：

1)DEMO 软件在Server上运行，数据服务中心DEMO 程序在“启动”后监听5001端口(也可以配置成其他端口)，DEMO参数配置界面如图12所示。

2)对MODEM参数进行配置，222.76.128.204作为数据服务中心的 IP 地址，端口为 5001。

3)关闭MODEM 配置工具，运行串口测试程序，串口工具参数配置界面如图13所示。

图13 串口工具参数配置界面

4)确认可用于数据通信的SIM卡已经插入MODEM中，确保MODEM正常工作，进行重新启动。

5)MODEM与数据中心成功建立连接通过串口工具提示信息。

6)Server通过串口工具发送数据，接收到的数据在中心DEMO上显示，确认数据中心通过串口工具能够正确接收数据。

7)串口工具接收数据中心传过来的数据。

6 结 语

通过PLC对区域温度进行采集处理，通过接触器控制工厂厂房热风幕的开断，进而达到实时控制厂房温度的需求。同时，通过触摸屏显示工厂供暖的各个状态，包括显示温度的高低、各个区域热风幕的运行状态等，利用GPRS模块实现操作人员远程监控工厂厂房各个区域实时温度状况的目的。

[1] 赵仕龙.关于优化我国北方地区供暖供能方式的探讨[J].中小企业管理与科技,2015,3:106-109.

[2] 钟章队,蒋文怡,李红君.GPRS通用分组无线业务[M].北京:人民邮电出版社,2001.

[3] 陈之酉,钱志良.西门子S7系列和三菱FX系列的PLC的编程软元件和指令的比较[J].科技信息,2013(5):113,143.

[4] 李长星,齐忠民,王成来,等.基于无线通讯的远动监控系统[J].石油仪器，2002,16(5)：7-8，12.

[5] 吕 品.PLC和触摸屏组合控制系统的应用[J].自动化仪表，2010，31(8)：45-47,51.

[6] 邹 伟,杨 平,徐 德.基于MCGS组态软件的上位机控制系统设计[J].制造业自动化,2008,30(12) :103-108.

[7] 包建华,丁启胜,张兴奎.工控组态软件MCGS及其应用[J].工矿自动化,2007(3):92-94.

[8] 郭 波,邹丽梅.基于步进指令的三菱 PLC 模块化程序设计[J].陕西理工学院学报：自然科学版，2013，29(5)：23-27.

[9] 顾 硕.汇川奠定无人化工厂的建设基础[J].自动化博览,2015 (8) :44,56.

[10] 李 华.现代移动通信新技术-GPRS系统[M].广州:华南工学院出版社,2001.

[11]金亚玲，何 锋.基于PLC与组态王的磨线机控制系统设计[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2016,12(4) :357-361.

[12]赵 亮,黎 峰.GPRS无线网络在远程数据采集中的应用[J].计算机工程与设计,2005,26(9):2552-2554.

PLCTemperatureControllingDeviceBasedonGPRSShortMessageServices

YANHong-kui,WANGSen,YANGXiu-min,SHAOLiang

(SchoolofAutomationEngineering,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,LiaoningProvince)

Combined with the actual heating needs of the work workshop,the PLC temperature controlling device was designed to realize touching screen control by configuration visual interface including the overall structure of hardware and the selection of configuration software.PLC was used to control the closing of the hot air curtain instead of the traditional single chip microcomputer,and the accuracy of hot air curtain closing was improved under bad conditions especially. The GPRS short message function was realized through the software,including long-distance warning and data transmission and so on. The feasibility of applying this technology in the automation system had been proved.Realized by configuration software,it was better to realize the application of human-computer interaction visualization interface.Finally,the device was verified by field practice. The correct rate of temperature regulation,the function verification experiment of GPRS short message,the real-time processing of configuration and the correct rate of data receiving and sending were all up to 100%.

Temperature regulation;configuration;PLC;GPRS

TP274

A

1673-1603(2017)04-0364-06

(责任编辑魏静敏校对张凯)

2017-07-27

辽宁省教育厅项目(L2015374)

闫鸿魁(1982-)，男，辽宁沈阳人，工程师,博士研究生。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.04.013