基于通信技術(shù)及無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控

張 強(qiáng)

(大唐佛山熱電有限責(zé)任公司，廣東 佛山 528500)

0 引言

準(zhǔn)確而詳盡的數(shù)據(jù)是運(yùn)行人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制方式調(diào)整判斷的重要依據(jù)。設(shè)備可上傳到上位機(jī)的參數(shù)越多，運(yùn)行人員所獲得的信息就會(huì)越全面，運(yùn)行人員憑借所獲的信息做出的判斷就會(huì)越準(zhǔn)確。同時(shí)可提前對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行全面評(píng)估，判斷設(shè)備是否處于健康狀態(tài)下運(yùn)行，并提前采取防范措施，防止設(shè)備受到不必要的損壞。

1 利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的傳輸

1.1 通信技術(shù)應(yīng)用背景介紹

某廠首站進(jìn)行改造后，新增加了3號(hào)熱網(wǎng)疏水泵。疏水泵電機(jī)含有10支電機(jī)線圈溫度。而原有PLC控制系統(tǒng)的模擬量卡件已無(wú)多余容量增加溫度測(cè)點(diǎn)。但電機(jī)線圈溫度需實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，以保證疏水泵電機(jī)在可控狀態(tài)下運(yùn)行。這時(shí)就可利用通信技術(shù)對(duì)疏水泵溫度測(cè)點(diǎn)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行監(jiān)控[1]。

利用通信技術(shù)需另外增加智能溫度巡檢儀及串口服務(wù)器兩個(gè)設(shè)備。智能溫度巡檢儀需包含RS-485通信協(xié)議接口。串口服務(wù)器簡(jiǎn)單地說(shuō)就是一種網(wǎng)絡(luò)通信接口轉(zhuǎn)換設(shè)備，它能夠?qū)⒊Ｒ姷腞S-232、RS-485、RS-422串口轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)RS-232、RS-485、RS-422串口與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)雙向透明傳輸。使得常規(guī)的串口設(shè)備能夠立即具備TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接口功能，從而達(dá)到連接網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的目的。

1.2 通信技術(shù)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)分析

首先將疏水泵溫度測(cè)點(diǎn)上傳至智能溫度巡檢儀處，以便在就地巡檢儀處對(duì)3號(hào)疏水泵電機(jī)溫度進(jìn)行監(jiān)控。然后利用智能溫度巡檢儀的RS-485通信接口與串口服務(wù)器連接。然后上位機(jī)組態(tài)軟件就可以通過(guò)以太網(wǎng)讀取3號(hào)熱網(wǎng)疏水泵電機(jī)溫度的數(shù)據(jù)。

而上位機(jī)組態(tài)軟件要讀取設(shè)備的數(shù)據(jù)還需兩項(xiàng)重要的操作：串口服務(wù)器的配置和設(shè)備的通信協(xié)議。

另外，還需對(duì)串口服務(wù)器的IP地址、端口進(jìn)行設(shè)置(見圖1)。IP地址需要保證與上位機(jī)IP地址在同一個(gè)網(wǎng)段內(nèi)。而端口設(shè)置需對(duì)數(shù)據(jù)的校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位、遠(yuǎn)程端口及本地端口進(jìn)行配置。串口服務(wù)器端口配置的信息需與上位機(jī)組態(tài)軟件中對(duì)應(yīng)端口的配置信息一致。一般來(lái)說(shuō)，串口的波特率選擇9 600，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，校驗(yàn)位選擇無(wú)校驗(yàn)即NONE。遠(yuǎn)程端口即為上位機(jī)的TCP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的服務(wù)端口號(hào)，本地端口自行設(shè)定，之后需要在上位機(jī)中用到[2-3]。

圖1 串口服務(wù)器配置參數(shù)

將串口服務(wù)器配置好后，將串口設(shè)備、串口服務(wù)器與上位機(jī)進(jìn)行連接。串口設(shè)備與串口服務(wù)器通過(guò)485兩芯電纜連接。串口服務(wù)器與上位機(jī)通過(guò)交換機(jī)連接。

串口服務(wù)器與上位機(jī)進(jìn)行連接需要對(duì)上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行相關(guān)配置。串口服務(wù)器的端口配置需與上位機(jī)保持一致。相應(yīng)的配置端口號(hào)、波特率及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位、停止位及校驗(yàn)位(見圖2)。

圖2 串口服務(wù)器與上位機(jī)組態(tài)軟件端口配置參數(shù)

以上串口服務(wù)器與上位機(jī)組態(tài)軟件端口配置完成，可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與串口服務(wù)器的通信連接。

上位機(jī)與串口服務(wù)器通信成功后，還需對(duì)上位機(jī)組態(tài)軟件進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與串口設(shè)備的通信。這一項(xiàng)需要設(shè)備廠家給出通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)在同一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，按地址發(fā)來(lái)的消息進(jìn)行識(shí)別，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。

每個(gè)串口設(shè)備內(nèi)部可以設(shè)置儀表設(shè)備號(hào)及使用的通信協(xié)議、通信的波特率，同時(shí)串口設(shè)備通信協(xié)議給出了哪些信息可以發(fā)送到上位機(jī)，及發(fā)送信息的長(zhǎng)度。通過(guò)上位機(jī)組態(tài)軟件中設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備號(hào)及通信信息的單元格式(見圖3)。起始地址及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，使得上位機(jī)與串口設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。

如3號(hào)疏水泵智能溫度巡檢儀的通信協(xié)議如下：

Modbus通信協(xié)議

串口：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶效驗(yàn)

波特率：1 200，2 400，4 800，9 600

RTU模式

巡檢儀通信地址如表1所示。

表1 巡檢儀通信地址

由此填寫組態(tài)軟件中通信協(xié)議為Modbus_RTU/TCP通信協(xié)議。根據(jù)巡檢儀通信地址，可以得知起始地址為0，通信長(zhǎng)度為32。這樣將在組態(tài)軟件中將每一個(gè)模擬量對(duì)應(yīng)相應(yīng)的地址，可以在上位機(jī)中讀出相應(yīng)的溫度參數(shù)(見圖4)。

圖4 模擬輸入變量

2 利用無(wú)線傳輸技術(shù)傳輸遠(yuǎn)程設(shè)備數(shù)據(jù)

對(duì)于供熱管道來(lái)說(shuō)，管道流量計(jì)的安裝對(duì)直管段的要求極為苛刻，如果不能保證測(cè)量環(huán)境，那么流量測(cè)量的準(zhǔn)確性就無(wú)法保證。而首站內(nèi)部的直管段很可能就無(wú)法滿足測(cè)量要求。所以熱網(wǎng)管道流量計(jì)一般就會(huì)遠(yuǎn)離控制室。而熱量計(jì)二次表安裝的位置基本也會(huì)距離控制室很遠(yuǎn)。這時(shí)遠(yuǎn)距離敷設(shè)信號(hào)傳輸電纜就可能是一件事倍功半的事情。這時(shí)，就可以使用無(wú)線網(wǎng)橋技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。

無(wú)線網(wǎng)橋就是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的橋接，它利用無(wú)線傳輸方式實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間搭起通信的橋梁。兩點(diǎn)之間建立通信連接。從客戶的需求和實(shí)際勘查的狀況來(lái)看傳輸方式，并進(jìn)行適合的無(wú)線網(wǎng)橋設(shè)置，有以下幾種傳輸方式：(1)AB兩點(diǎn)之間可視，沒(méi)有障礙物阻擋；(2)AB兩點(diǎn)之間不可視，但兩者之間可以通過(guò)一座C樓間接可視(3)AB兩點(diǎn)之間不可視，但兩者之間間距較近。

以本廠為例，新增供熱管道流量計(jì)與控制室之間距離約500多米，而流量計(jì)信號(hào)進(jìn)入熱量積算儀計(jì)算供熱熱量。需上傳的信息分別為供水溫度、回水溫度、供水瞬時(shí)流量、供水瞬時(shí)熱量、供水累計(jì)流量、供水累計(jì)熱量。而熱量積算儀的AO通道只能送出一路模擬量信號(hào)，故可利用通信方式及無(wú)線網(wǎng)橋方式傳輸以上數(shù)據(jù)。

通信方式配置與以上相同，無(wú)線網(wǎng)橋節(jié)省了大量的電纜和人力，從而只需對(duì)網(wǎng)橋進(jìn)行設(shè)置。

網(wǎng)橋的設(shè)置分為工作模式設(shè)置、IP地址段設(shè)置和末位IP地址設(shè)置。對(duì)于數(shù)據(jù)源的一方設(shè)置為接收方，對(duì)于接收數(shù)據(jù)的一方設(shè)置為發(fā)射方。然后將反射方和接收方的IP地址網(wǎng)段進(jìn)行設(shè)置為相同。但數(shù)據(jù)源使用的串口服務(wù)器IP地址無(wú)須與網(wǎng)橋地址在同一網(wǎng)段內(nèi)。這樣就可以將熱量積算儀通過(guò)485線接入串口服務(wù)器，然后通過(guò)串口服務(wù)器與網(wǎng)橋連接。發(fā)射方的網(wǎng)橋接收到數(shù)據(jù)后通過(guò)網(wǎng)線傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)中，上位機(jī)從以太網(wǎng)中讀取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。

3 結(jié)語(yǔ)

此次熱網(wǎng)改造中，利用通信技術(shù)及無(wú)線傳輸技術(shù)，完成了多個(gè)設(shè)備的重要數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。不僅可以節(jié)省大量的施工工程量，同時(shí)可以節(jié)省大量的物資。對(duì)于資金緊張的企業(yè)來(lái)說(shuō)，可以節(jié)省開支。從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，由于網(wǎng)橋在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進(jìn)行緩沖，會(huì)引入更多時(shí)延。由于網(wǎng)橋不提供流控功能，在流量較大時(shí)有可能使其過(guò)載，從而造成幀的丟失。因此數(shù)據(jù)傳輸有時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫的中斷后恢復(fù)監(jiān)視功能。但是，這對(duì)運(yùn)行人員監(jiān)控來(lái)說(shuō)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。