三菱PLC和四信DTU在供热控制系统中的应用.pdf

第 3期 总第 1 8 4期 2 0 1 4年 0 6月 机 械 工 程 与自 动 化 ME CHANI CAI ENGI NEERI NG AUT0MAT1 0N No． 3 J u n ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 4 0 3 0 1 4 2 0 2 三菱 P L C和 四信 D TU在供热控制系统 中的应用 张伟 海 ，孔庆 忠 ，刘瑶瑶 内蒙古工业大学 机械学院 ，内蒙古 呼和浩特0 1 0 0 5 1 摘要 利用 三菱 P L C和 GP R S无线通信技 术 ，将 热力公 司和 所有换 热站 现场 的全部 数据传 送到 监控 中心， 同时将 中心 的控制信 号有 效地发送 给换 热站。此外还 介绍 了 G P R S I P MO DE M G P R S D T U 的工作 流程， 分析 了三菱 F X 2 N系列 P I C与 D TU通信 的 P L C程序设计。该控 制方 式 已在 怀来县热 力公 司投 入使用 ，实 现 了远 程控 制与本地 控制的有效结合。 关键词 P I C；G P R S ；供热控制系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标 识码 A 0 引言 在信息化时代 ， 由于 P L C具有极强的抗 干扰性和 稳定性 ， 因此在供热系统的智能化管理上是不可或缺 的。供热部门需要对换热站中的温度 、 压力 、 流量等参 数进行实时监控 ， 了解换热站的具体运行情况， 保证居 民区的正常供热； 同时根据从现场监测到的数据来调 节热力公司的运行 工况 ， 以达到节能供热的 目的。本 文采用 GP R S和 P L C相结合的方式来解决这一实际 问题 ， 该系统已成功应用到怀来县恒吉热力有限公司。 1工艺 流 程 换热站是小区供热系统的中间环节 ， 也是本系统 主要 的信 息采集与控制部分 。换 热站主要包括换 热 器 、 一次管网、 二次管网、 循环泵 、 补水泵 、 变频控制柜 等设备 。正常供热时 ， 中控室根据采集 到 的压力 、 温 度 、 流量等模拟量参数 ， 发 出相应的启动 、 停止信号来 调节控制循环泵和补水泵 。此套供热系统 自动化程度 较高， 可实现 自动、 手动、 模拟量远程采集等多种功能。 其中的安全措施也非常完善， 设置了多种保护开关 ， 可 在发生事故和故障时紧急停车， 确保管道安全 。 2基 于 GP R S网络 和 P L C的远 程控 制 系统 结构 根据现场设备的控制要求和分布情况 ， 开发的供 热远程控制系统以三菱 F X 2 N系列 P L C为核心 ， 结合 GP RS无线通讯模块 ， 综合应用了网络数据 自动采集 、 存储与 处理 和 远程 控 制等 技 术。图 1显示 了基 于 GP R S网络和 P L C的远程控制系统的结构。 现代工业生产中的数据信息十分重要 ， 因此在此 远程控制系统中 ， 选用 了一种可靠 的、 面向连接 的、 基 于字节流传输层的 TC P协议 。上位机部分采用具 有 固定 I P的公 网作 为服务器 没有公 网 I P的要用路 由 绑定域名来解析 网络 ， 而连接于远程热力站 的 D TU 通过无线 GP R S网络接入 到公 网 I n t e r n e t ， 与服务 器 建立起 T C P链接 ， 从而双方能够进行数据交换。 图 1 基 于 GP RS网 络 和 P I C的 远 程 控 制 系统 的结 构 3 三 菱 P L C的通 讯模 块与 四信 F 2 1 0 3 D T U的 接线 在 图 1中， 三菱 P L C本体和 F 2 1 0 3通信模块是通 过 R S 2 3 2进行通信的， 因为 F 2 1 0 3 D TU模块使用 DP 9 的 R S 2 3 2接 口， 而三菱 F X 2 N 系列 P I c并没有异步 串行通信接口总线标准的 R S 2 3 2接 口， 因此需要通过 在 P L C本体上增加 F X2 N一 2 3 2 一 B D通信模块来扩展。 图 2中为四信 D TU 与三菱通信 模块 F X2 N一 2 3 2 一 B D 的连 接方 式 。 4 F 2 1 0 3进 行 GP R S联 网 的工作 流程 三菱 F X 2 N 系列 P L C上 电后发 送 AT指 令 到 GP R S D TU F 2 1 0 3模块 ， 此时 D TU 接收指令并 获 收稿 日期2 o 1 4 O l 一 0 7 ；修回 日期 2 o 1 4 0 2 2 7 作者 简介 张伟海 1 9 8 6 一 ，男 ，河北唐山人 ，在读硕士研究生 ，研究方 向自动化控制 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 3期 张伟海 ， 等 三 菱 P L C和四信 D TU在供热控制 系统 中的应用 1 4 3 得 I P地址 ， 连接到服务器并传送数据包。图 3为 P L C 控制 D TU 的工作流程 。 GP RS DT U 通 电以后 ， 会 通过 单 片机 输 出一 个 大 于 1 5 0 0 ms的低脉 冲给 P OWE RKE Y 引脚 ， 用 以对 F 2 1 O 3模块 进行初始化 。当 GP R s D TU 在 G S M 网 络登录时 ， 会 自动进行 GP Rs P P P拨 号， GP RS D TU 将获得一个 由移动网络随机分配的内部 I P地址 一般 是 1 0 ． x． X． x ， 这样 G P R S D TU 就处在每次进行拨 号时 I P就会发生 自动变化的移动内网中。所 以， 每次 必须是 GP R S D TU主动拨号给数据中心 ， 不能反之 ， 因此固定的域名或 固定 的公 网 I P地址是数据 中心必 须具备的。具体来说 ， G P R S D TU通过数据中心 固定 的 I P地址 或通过花生壳解析出中心域名的 I P地址 以及路 由映射出来 的端 口等参数， 向中心服务器发出 TC P通讯请 求。当数据 中心响应后 ， G P RS DTU就 认为与中心握手成功 ， 这样就与中心建立 了双向通讯 。 当 D TU接到 P L C的串 口数据时 ， D TU马上会将 串口 数据封存在一个 T C P ／ UD P数据包里 面， 随后将数据 包发送给 中心服务器 。相反 ， 当 D TU 收到 中心服务 器发来 的数据包时， 会解压 出数据内容 ， 立即通过串口 发送 给 P L C设备 。 厂 1、 1 、 R X 2 ◆ 2 R X T X 3 -* -3 TX 4 4 U 0 ’ -5 G ND 6 6 7 7 8 8 9 ／ 9 F X 2 N一 2 3 2 一B D F 21 03 - D TU 图 2 四信 D T U 与三菱通信模块 F X 2 N 一 2 3 2 一 B D的连接 图 启动F 2 l o 3 和 P L c 二二]二 F 2 l 0 3 和P L c 初始化 P L C 向F 2 1 0 3 模块 发送A T 指令 ， 使其 能连接远程 服务器 F 2 1 0 3 模块向远程 服务器发送数据包 等待服务器回传确认 ／是否收 到 Y ／＼ ／数据是否 ＼发送完 土 断开与服务器的链接 设备 断 电 图 3 三 菱 F X 2 N 系列 P L C控制 F 2 1 0 3 D T U 的工作流程 5 P L C与 D T U模 块 通讯 的 程序编 制 小区供热 系统的所有控制程序很长 ， 而且不 同的 编程人员和不 同的控制现场所编的程序有很大区别 ， 所 以在 此不 对 控制 部 分 的程 序 做 过 多描 述 。但 是 P L C通 信 程 序 编写 的方 法 比较 固定 ， 应严 格 遵 循 F X 2 N系列 P L C的编程规则 ， 本系统 P L C与 D TU模 块的通讯程序如图 4所示 。其 中 P L C的通讯格式应 设置为波特率 9 6 0 0 、 偶校验、 7位数据位、 1 位停止位。 在 DT U 和组态 王 的通讯设 置 上 也应 该 设 置成 完 全 一 样的通讯格式， 使其能够正常通讯。 6上 位机远 程 控制 的实 现 实现远程智能控制 ， 不仅要对 P L C和 D T U 进行 配 置 ， 更 重要 的是根据 实 际情况 组态 可视 界 面 ， 对组 态 软件进行设置， 使组态软件能够通过网络与远程的设 备进行数据交换来实现系统功能。本系统采用组态王 6 ． 5 5作 为上位机软件， 其 自带多种设备 的驱动程 序， 可以很好地与下位机 P L C进行通讯。为 了能够实现 TC P ／ I P协议 ， 选 用 了 TC P 2 C OM 控 件 ， 组 态王 可 以通 过它虚拟出来 的串口来读取传送数据。 鸺1 2 3] D ] 图 4 P LC与 DTU 模块 的 通 讯 程 序 在 组 态 王 中进 行 设 置 时， 设 备 应 选 为 “ 三 菱 P L C ” ， 地址为 0 ， 通讯格式为 波特率 9 6 0 0 、 偶校验、 7 位数据位 、 1位停止位 。其 中串口选择 T C P 2 C OM 虚 拟出来的 C O M3 ， 此串 口接收到的 TC P ／ I P数据 经组 态王解析使用 。 7结束 语 利用 GP R S网络作为传输介质 ， 把远程换热站的 控制系统与中控室连接到一起， 可以减去远程布线的 成本 ， 造价低廉， 软件运行时效性好 ， 功能实用性强， 动 画效果直观 ， 自动化操作和报警水平完善。随着通讯 技术的发展 ， 相信此种通讯方式将在小 区供热系统中 得到更广泛应用。 参考文献 [ 1 ] 李长林． V i s u a l B a s i c串 口通 信技 术 与典 型实例 [ M] ． 北 京 清华大学出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 邓 红军 ， 王清 ． G P R S网 络无 线 数据 通 信设 备 应 用研 究 口] ． 科技创新 导报 ， 2 0 1 0 2 1 1 7 ． [ 3 ] 张明光， 吴明永， 杨素娟． 基于 GP R S - I n t e r n e t 的换热站无 线远程监控 系统 [ J ] ． 自动化仪表 ， 2 0 0 9 ， 3 0 9 4 6 4 8 ． 英文摘要转第 1 4 5页 出 位 输 复 写 的 并 据 求 据成 数 请 数 完 送 送 收收 发 发 接接 j]]以] o 9 0 O O l l Y 啪啪啪姒 m 块 一 ＼／ 模包一 ／ ∞据一 ＼ 隐器 数I 务 ” 一 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 3期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 4 5 中， 运行 、 反洗等阀门的开启 先后顺序不对 ， 以及开启 适应生产的需要 ， 依据生产实践对各操作工艺 的阀门 的时间长短也不合适 ， 易造成憋压 ， 导致超滤、 反渗透、 开启顺序进行更改 ， 并增加 阀门响应 步骤 。以超滤反 多介质过滤器等装置工作时振动较大 。设备长时间在 洗上排为例， 原程序为开启超滤反洗进水阀门和顶部 这种状态下工作 ， 易造成设备本体损坏 ， 威胁除盐水 的 排水阀门， 再启动超滤反洗水泵。由于开启顺序不 当， 安全稳定运行。 导致超滤装置在反洗时管道及装置振动较大 。现修改 2 ． 2 设计上存在缺陷 为先开启顶部排水阀门 ， 再启动超滤反洗水泵 ， 最后开 部分生产工艺参数未安装远传装置 ， 不能从 P L C 启超滤反洗进水 阀门， 彻底解决了憋压 问题。其他系 上对工艺参数进行监控 ； 部分管道式超声波流量计存 统根据实际情况修改步序表， 修改后设备运行稳定 ， 取 在安装位置不合适 ， 不能满足超声波流量计 的测量要 得 了良好的效果 。 求， 致使流量测量数据不准确 ， 给车间的生产控制造成 2 为满足工艺控制需求 ， 增 加了 1 2台仪 表， 使 困难 。 得操作人员对生产数据有 了全面的掌握 ， 降低 了操作 2 ． 3 仪表腐蚀情况严重已不能正常使 用 工的劳动强度。 老厂房大部分流量计 等仪表使用时间过长 ， 加之 3 针对部分仪表不能正常使用 的情况， 进行 了 厂房 内部仪表使用环境较差 ， 仪表腐蚀情况严重到 已 修复或更换 ， 使各仪表数据正常工作 。 不能正常使用， 不能通过 P L C对其进 行监控 ， 对生产 4 增设适当的制水终点判断条件 。为避免交换 工艺参数的控制造成 困难。除盐水外供系统的重要参 器深度失效时对水质造成污染 ， 并且浪费酸、 碱溶液， 数 外供除盐水压力 、 流量、 除盐水箱液位 只能在老厂 根据各操作工艺的具体情况 ， 增加合适的制水终点判 房值班室内的仪表盘上显示 ， 未能引入 P L C监控 中， 断条件， 比如酸度、 电导率等， 以保证 安全生产。为便 目前仪表盘长时间使用后 ， 部分仪表参数存在不显示 于今后可以根据生产情况 随时修改设定值 ， 故对每一 或显示不准确的现象， 不能很好地对 除盐水 的外供情 台交换器单独设定 ， 而且操作工可 以根据工况在监控 况 实施 监控 。 画面 上进行 设 定 。 2 ． 4缺少交换 器深度失效时的防范措施 5 完成新、 老厂房统一监控。原有 自控系统 中， 因设备原因或操作人员的失误导致交换器深度失 新厂房为 P L C系统控制 ， 老厂房为仪表控制， 在此次 效 时不 能及 时发 现 ， 易造 成水 质污 染 ， 严重 时甚 至影 响 改 造 中 ， 把 老厂 房 部分 重 要 数 据 引 入 P L C 中， 并 在 老 锅炉和汽机的安全稳定运行 。 厂房增加一台工控机 ， 在老厂房主控室中可以对新 、 老 2 ． 5新、 老厂房之间不能一起监控 厂房数据同时进行监控 ， 减少了工人的劳动强度。 由于老厂房没有监控设备 ， 操作工必 须奔波 于新 、 老4结束语 厂房之间， 增加了劳动强度 ， 必要时必须增加工人数量。 除盐水站 自控系统经改造后 ， 系统运行稳定， 有效 3 自控 系统改造方案 地解决 了由于阀门开启顺序不 当造成的设备振动 ， 并 自控系统改造方案如下 增设了制水终点判断条件 ， 提高了自动化程度 ， 保证 了 1 修改步序表， 建立完善 的阀门操作 步骤 。为 设备的安全稳定生产 。 Ad a p t i v e Re c o n s t r u c t i o n o f Au t o ma t i c Co n t r o l S y s t e m o f De s a l t e d W a t e r S t a t i o n FAN C a i - x i a ，LI J i n，W ANG C h e n g - h e ，HAN Xu e - mi n La i wu I r o n a n d S t e e l Gr o u p Co ．，Lt d ．，La i wu 2 7 11 0 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e t r o f i t s c h e me o f a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m o f d e s a l t e d wa t e r s t a t i o n ．Af t e r t r a n s f o r ma t i o n，t h e d e gr e e of a u t oma t i on i s i mpr ov e d，a nd t h e s a f e a nd s t a bl e p r odu c t i o n i s e ns ur e d． Ke y wo r d s d e s a l t e d wa t e r s t a t i o n ；a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m ；r e v e r s e o s mo s i s 上 接 第 1 4 3页 Ap pl i c a t i o n o f M i t s u bi s hi PLC a n d F o u r - Fa i t h DTU i n He a t i ng Co nt r o l S y s t e m ZHANG We i ‘ h a i ，KONG Qi n g - z h o n g ，LI U Ya o - y a o Co l l e g e o f M e c h a ni c a l En g i n e e r i n g，I n ne r M o n g o l i a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y ，H o h h o t 01 0 05 1 ，Ch i na Abs t r a c t Ba s e d o n M i t s u b i s h i PI C a n d GPRS wi r e l e s s c o mmu n i c a t i o n t e c h n o l o g y ，a h e a t i n g c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d ．B y u s e o f t h e s y s t e m 。a l l t h e d a t a f r o m t h e c o mp a n y a n d e v e r y h e a t e x c h a n g e r s t a t i o n c o u l d b e t r a n s m i t t e d t o t h e mo n i t o r i n g c e n t e r ，a n d t h e c o n t r o l s i g n a l c o u l d b e s e n t t o t h e h e a t e x c h a n g e s t a t i o n s a t s a me t i me ． I n t h i s p a p e r 。t h e wo r k f l o w o f GP RS M ODEM I P GP RS DTU wa s i n t r o d u c e d ，t h e c o mmu n i c a t i o n p r o g r a m o f M i t s u b i s h i F X2 N s e r i e s P LC a n d DTU wa s d e s i g n e d ．Th i s c o n t r o l me t h o d h a s b e e n p u t i n t o u s e i n Hu a i l a i C o u n t y He a t i n g P o we r Co mp a n y 。wh i c h r e a l i z e s t h e e f f e c t i v e c o mb i n a t i o n o f r e mo t e c o n t r o 1 a n d l o c a l c o n t r o 1 ． Ke y wor ds PLC；GPRS；he a t i ng c on t r o l s y s t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m