基于無線GPRS的化工廠水源地PLC監控系統

兗礦國宏化工有限責任公司 單士偉 郭 萍

1.引言

煤化工是高耗水的化工行業，水源地系統的選取與監控對于煤化工行業來說至關重要。傳統的超遠程監控一般都是在兩地都設有值班人員，通過電話聯系或手工記錄的方式來實現監控。這樣既耗費了人力又使得遠程實時數據無法第一時間傳到主廠區，不利于廠調度系統對廠區關鍵數據的及時掌握。公司主廠區與水源地之間的距離由于超出20KM，使用傳統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技術GPRS（General Packet Radio Service)，利用現有的移動基站可以實現超遠距離數據的實時傳輸，從而方便地解決了遠距離傳輸生產數據成本高的問題。

2.控制系統要求

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個去廠區水池的加壓泵，10口井距離主廠區較遠，具體為20km；西葦水庫水源地有2口井并設2臺去廠區凈水池的加壓泵。水源地自動監控系統子站分別設在西龍河變電所和西葦水庫變電所，控制主站設在中央控制室，操作員站設在調度室。子站、主站之間數據交換采用先進的GPRS無線網絡通訊方式，實現對水井的遙測、遙控等功能，為供水調度提供及時、準確、可靠的信息。

3.系統的總體架構

3.1 系統硬件構成

系統由一個PLC主站和2個PLC從站組成，PLC主站位于主廠區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的數據包括高位水池、凈水池、蓄水池的液位；加壓泵、消防泵、生產生活水泵出口管線壓力；輸水管線和生活生產水泵出口管線流量；高壓變電所各種電量數據以及遠程加壓泵的啟停等的信號。

具體的系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

在主廠區中央控制室的PLC主站是整個水源地監控系統的核心，我們選擇西門子高性能的CPU315-2PN/DP作為主PLC。主PLC負責采集兩個從PLC站傳來的數據，并向兩個從PLC站傳輸指令。系統所有的控制邏輯都是存放在主PLC中，從PLC CPU中存放的只是與數據通信有關的指令。主PLC下設一塊串口通信處理器CP341，負責GPRS DTU與主PLC之間的串口通信。兩個從PLC的結構一樣，均采用CPU314作為CPU，下設CP341通信控制器與GPRS DTU。主PLC控制器通過自帶的工業以太網接口連接到工業以太網上與位于調度室的操作站進行連接。

3.2 GPRS無線數據傳輸部分

GPRS DTU是一種互聯網無線數據終端，利用公用運營商網絡為用戶提供無線長距離數據傳輸功能。我們通過每個PLC站的GPRS DTU來實現三個控制站的互聯。GPRS DTU模塊提供了RS232／RS485接口，可以跟PLC等串口設備連接起來進行數據交互。為不具備TCP／IP協議處理的終端設備提供了GPRS通信能力。在GPRS DTU模塊上配置了串口設備的波特率、數據位、校驗位等信息和數據中心的IP地址、端口等信息后，將PLC上的數據傳輸到GPRS網絡。通過CP341串口通信處理器實現CPU與GPRS DTU的RS485通信。在這里我們采用宏電H7118 GPRS DTU。H7118符合工業級標準，優化電磁兼容性設計，具有超強的可靠性；H7118 GPRS DTU內嵌PPP、TCP/IP、DDP等多種協議，可實現用戶設備到數據中心遠程透明數據通信。

4.PLC程序設計

4.1 數據的發送

由于主PLC需要與兩個從PLC通訊，在主程序OB1中設定一個循環計數器當計數器當前值計到1時主PLC把西龍河水源地的控制數據所在的數據塊OB62的前10個字節由通過數據發送功能塊FB8發送出去，給數據塊的第一個字節賦值為1，兩個從站接受到信息后校驗數據塊的第一個字節，對于西龍河水源地如果數據塊的第一個字節為1就接收否則不接收。當數器當前值計到2時主PLC把西葦水庫水源地的控制數據所在的數據塊OB60的前10個字節發送出去，給數據塊的第一個字節賦值為2，兩個從站接受到信息后校驗數據塊的第一個字節，對于西葦水庫水源地如果數據塊的第一個字節為2就接收否則不接收。當計數器當計數器當前值為3時，復位計數器從新開始從0計數。

4.2 數據的接收

兩個從站分別將采集到的數據所在的數據塊DB9、DB10的前160個字節通過數據發送功能塊FB8發送，西龍河水源地給數據塊DB9的第一個字節賦值為1，西葦水庫水源地給DB10的第一個字節賦值為2。主PLC通過數據接收功能塊FB8接收到數據后，校驗數據塊的第一個字節，當是1時把數據存放在西龍河水源地數據塊DB30中，當是2時把數據存放在西葦水庫水源地數據塊DB64中，完成數據的接收。

5.上位機組成

我們使用WinCC作為上位機監控軟件，WinCC是SIMATIC PCS 7過程控制系統及其它西門子控制系統中的人機界面組件，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公司的產品，WinCC本身提供S7-300PLC的驅動軟件，因此使PLC與上位機的聯接可以變得非常容易。

6.結束語

作為使用GPRS通訊技術監控遠程生產數據的案例，我公司50萬噸/年甲醇項目的水源地系統監控使用GPRS通訊技術并通過西門子S7-300 PLC來實現。本監控系統從具體使用的情況來看，即節省了項目資金又達到主廠區對水源地的實時監控的目的，并且節省了人力真正實現了無人值守。