电动调节阀无线遥控系统设计与实现

薛冬晨，鲁绍军，郭彩霞

（北京首钢股份有限公司，河北迁安 064404）

引言

随着物联网技术的发展，信息化系统的移动化需求越发强烈，在人员大幅减少的条件下，需要设备系统向智能化迈进。冶金企业排水管线较长，每天操作人员需乘车进行巡检、操作，大部分重要区域已实现PLC 控制，对于操作频率不高、操作精度要求不高、位置偏远且未接入PLC 的阀门仍需岗位人员进行现场操作，为减轻操作负担，确保安全，寻求最优解决方案，设计一种基于数传电台的阀门无线遥控系统。

1 系统原理

本系统通过无线数据传输系统实现与现场电动调节阀之间的控制及反馈，通过4～20 mA 电流信号控制现场阀门，包括控制信号和阀位反馈信，基于数传电台技术，通过无线发射装置、无线接收装置，构成一个远程控制系统，以实现对远程电动设备的控制。

以单台阀门设备为例，现场设备接入智能无线数传机ZNWP-01，当需要控制现场设备时，从计算机给定阀位，通过信号隔离转换器将信号传递给智能无线数传机，智能无线数传机设发射、接收端，接收端将接收的数字信号进行转换，转换为4～20 mA信号输出给调节阀；反馈信号用硬线送到模拟量输入端，反馈信号经过处理转换后由无线电台发送到远程主站，经信号隔离转换器传递给上位机［1］。电动调节阀无线遥控系统示意图如图1所示。

图1 电动调节阀无线遥控系统示意图

2 系统结构

系统独立占用一个计算机串口，在计算机上加装控制软件。另需增加智能无线数传机一对。远程测控分站一个，远程通信隔离转换器一个。

本系统分两个子系统构成：（1）监测传感器网络：设置在监测区域，探测节点上的传感器定时采集现场阀门阀位，向TransNET 节点转发，将模拟信号传给信号隔离采集器、信号隔离转换器，经RS232接口与无线传输模块相连，通过数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到无线网络。（2）上位机，测控中心的TransNET 网络通过全向天线接收来自现场的数据，通过RS232 接口与上位机连接，测控中心服务器接收到网络终端传来的连接申请，先进行认证，认证通过后接受传来的数据并进行处理。数据接收和处理由上位机软件进行管理［2］。

3 硬件配置

无线传输系统采用的是“集中管理-分散监测”，集散式报警监控系统由中央管理工作站（终端监控）、无线通信网络、现场数据终端、现场阀门控制器等组成。

系统中有一台工业计算机放在管理中心，设置一台主站，与现场分站通讯，负责采集现场阀门信号传送到主站。

3.1 数据采集部分

数据采集部分由信号隔离采集器和信号隔离转换器构成。

信号隔离采集器需要直流24 V 供电，具有模拟量采集功能，可以16路信号隔离采集。把阀位检测输出的4～20 mA信号接到该采集器的输入端，提供给RS485通讯接口，可以实时采集阀位信号。

转换器由直流24 V 供电，该转换器负责把RS485 信号转换成RS232 信号，目的是与主站连接，实现远程数据的传输。

3.2 隔离净化电源

隔离净化电源的作用是让控制设备、变流设备和其它装置与供电系统隔离，独立工作。外部提供的220 V 交流电，易受外界电磁干扰，造成供电系统波动，经过隔离净化电源后，可以滤掉干扰，提供输出干净的直流24 V 电源，从而提高设备的安全和稳定性。净化后的直流24 V 电源输入到直流分配器，被分为16 路电源信号，每一路都独立输出直流24 V。

3.3 无线传输系统

无线传输系统采用的是“集中管理-分散监测”，采用MDS900 电台，该电台具备跳频扩频功能，传输距离可达到35 km，抗干扰能力强，实时采集现场的检测数据。MDS TransNET 900 是专业的数传电台，工作于900～1 000 MHz 频段，可以实现一定范围内的点对多点通信，它的特点在于长距离、稳定、可靠。全双工的工作模式，采用先进的扩频跳频技术，采用了DSP 芯片，具有信道编码，前向纠错功能。运用了CPFSK 数字调制方式，相干解调，均衡软判决等技术，大大提高了设备增益，产品的稳定性、可靠性、抗干扰性，传输速率远远超过普通数传台。设备本身为用户提供一个115.2 K的串口，串口RS-232/RS-485 可选，本设计由串口RS-232接入。

3.4 全向天线

在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大［3］。全向天线可以接受来自各个角度的信号并向各个角度发射信号，应用范围广泛，大部分无线产品都是将全向天线作为设备上的标准配置。全向天线在各个方向上的延伸性是一样的，这些信号叠加后最终组成了一个以天线为球心的球体。

3.5 上位监控系统

由一台主机来接收MDS900 主站提供的数据，通过RS232接入主机，监测阀门检测点、输出阀位窗口、实时阀位数据反馈、人机界面、与其他系统的数据通信。

4 软件系统结构

系统软件基于WINDOWS 平台，界面采用动态画面和区域图动态画面，人机界面友好，功能强大，管理人员借助监控系统软件，通过区域图界面远程操作并观察阀位。如图2所示。

图2 阀门远程控制系统软件基本结构

由图2可知，设置界面菜单有两个二级菜单，分别是：安装地点名称设置、串口设置。

安装地点名称设置是阀门所在管网地理位置名称；串口设置是接收或发送无线装置的RS232 口设置。

实时显示界面显示给定数值和阀位反馈数值。操作人员能够从远程操作阀门，并观察阀位运行状态，节约时间、节省人力、保证排水系统正常运行［4］。

远程监控站是专用的监控系统，系统应具有以下功能：

（1）实时性——现场的气体检测数据能实时发送到监控中心服务器，每秒采集一次现场数据，每2 s对整个管网所有阀门实现一次数据采集。

（2）实用性——操作方便，便于维护、更新、管理。

（3）应急性——可远程操作，便于应急指挥。

（4）安全性——有历史数据，便于事后分析，查找隐患、规避风险；代替人员手动操作。

5 结语

本系统采用跳频电台无线网络，把厂区内连续性要求不高且距离偏远、操作不频繁的阀门进行远程控制，结构简单、可靠性较强、精度高、实时性强，可以有效节省人力物力，节约在线控制设备费用，节省了敷设控制线缆的材料及施工费用。该系统的投入使用，改变了以往依靠人工驱车进行手动操作的管理管理模式，实现了阀门控制系统集中监控，极大的提高了管道区域生产管理水平，改善了生产管理模式。对于此类位置偏远、附近无PLC 等控制设备的阀门操作具有较大的实用价值。