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2 0 1 2年 1 1 月 第 4 O卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL ＆ HYDRAUUCS NO V ． 2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 2 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 2 2 ． 0 3 8 基于 G P R S与 S 7 ． 2 0 0 P L C的多点温度监控系统设计与实现 马壮 唐山学院信息工程 系，河北唐山 0 6 3 0 0 0 摘要以某供热站控制中心下属的6个换热站的换热器温度控制为研究对象，设计一个多点温度监控系统。该系统以 研华工控机 I P C - 6 1 0 H作为上位机，西门子 S 7 - 2 0 0 P L C作为下位机并作为控制器控制执行机构进行数据采集，通过宏电 G P R S模块进行数据交换，以 MC G S作上位机监控画面，实现对多个控制点的换热站的温度、恒压补水的自动控制。现场 应用结果表明该控制系统控制简单、操作灵活，稳定性较强。 关键词换热器；s 7 - 2 0 0 P L C；G P R S ；多点温度控制 中图分类号T P 3 9 1 文献标识码 A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 21 1 3 3 De s i g n a n d Re a l i z a t i o n o f M u l t i - p o i n t Te mp e r a t u r e Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n GP RS a n d S 7 ． 2 0 0 P LC MA Zh u a n g D e p a r t m e n t o f I n f o r m a t i o n E n g i n e e r i n g ， T a n g s h a n C o l l e g e ， T a n g s h a n He b e i 0 6 3 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T a k i n g t e m p e r a t u r e c o n t r o l o f s i x h e a t e x c h a n g e r s w h i c h b e l o n g e d t o a c o n t r o l c e n t e r a s t h e r e s e a r c h o b j e c t ，a m u l t i p o i n t t e mp e r a t u r e c o n t r o l s y s t e m wa s d e s i g n e d ． I n t h e s y s t e m ，I P C- 6 1 0 H o f Ad v a n t e c h w a s u s e d a s u p p e r ma c h i n e a n d S 7 - 2 0 0 P L C o f S i e me n s a s l o w e r ma c h i n e ． T h e l o w e r wa s u s e d t o c o n t r o l t h e a c t u a t o r a n d a c q u i r e d a t a w h i c h wa s t r a n s f e r r e d t o t h e u p p e r b y GP R S mo d u l e o f Ho n g d i a n ． T h e u p p e r wa s a n a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m t h a t c o u l d b e u s e d t o mo n i t o r mu hi p o i n t t e mp e r a t u r e a n d c o n s t a n t p r e s s u r e wa t e r s u p p l y b y MC GS c o n f i g u r a t i o n s o f t w a r e ．T h e a p p l i c a t i o n a n d p r a c t i c e s h o w t h a t t h e c o n t r o l s y s t e m i s s i mp l e ，e a s y t o u s e a n d s t a b l e ． Ke y wo r d s He a t e x c h a n g e r ； s 7 2 0 0 P L C； G P RS； Mu l t i p o i n t s t e mp e r a t u r e c o n t r o l 换热器是供热行业 中应用最广泛的一种换热设 备，其关键技术是对其出口温度的控制。目前 ，研究 的控制算法较多，其中带死区的 P I D控制应用广泛 ， 其余研究仅限于理论研究阶段。因算法的实现需要动 作一致的执行器，而执行器为电动阀门，其动作频率 受到一定限制 ，故需要技术的进步加以解决。 作者针对某供热监控系统的温度控制进行研究 ， 该系统有一个计控中心，对下面6个换热站进行温度 的采集与控制 ，因站与站之间相距较远 ，故无 法采用 有线方式进行控制 ，采用宏 电 D T U与移 动公 司的 G P R S网络，进行各站与控制中心的数据交换，完全 能符合系统 的控制要求 。 1 系统工艺控制要求 1 检测显示与上传 6个换热站的参数热网 回水温度 ，补水箱液位，热网回水压力，供水网的流 量 。 2 控制和联锁部分。P L C控制器根据补水管 网的压力 ，控制补水泵转速 。 根据换热器出水 E l 温度调节供水网上加装的电动 调节阀的开度来控制温度在一定的范围内保持恒定。 当补水箱处于低液位时，报警信号送至 P L C，同 时停 补水泵。 3 报警保护部分。补水箱处于低液位或高液 位时报警 ；热 网回水压力 大 于 0 ． 3 5 M P a 时 ，换热 站 出水口的温度超过设定值 5℃时报警。 2 系统控制方案的确定 该系统设计方案主要是将分布在 6个换热站的管 网温度和回水压力等参数上传到监控中心的上位机 上，以便工作人员可以通过上位机直观地看到各个换 热站设备的运行情况并对其进行参数设置 ，来保证系 统的稳定运行 。每个换热 站的控制参数和情况基本相 同，所以作者仅研究某一个换热站的控制运行情况。 此供热控制系统主要是 由三部分组成 现场换热 站的 7 - 2 0 0 P L C的控制部分 、G P R S无线数据传输部 分 、监控室控制中心上位 机 M C G S 组态软件部分 。系 统首先通过 s 7 - 2 0 0 P L C采集换热站内的温度、压力、 流量变送器 的现场信息参数 ，通过 R S 2 3 2模块完成 与 G P R S D T U的数据交 互。监控 中心的上位 机与 收稿 日期 2 0 1 1 1 1 0 2 作者简介马壮 1 9 7 7 一 ，男，讲师，主要从事智能控制理论与控制技术应用方面的教学与研究。Em a i l t m z h u a n g t om ．c om o 1 1 4 机床与液压 第 4 O卷 G P R S数据接收端连接起来并定时接收从现场传来的 数据，计算机利用 G P R S接收现场 P L C采集的数据， 并通过 MC G S 组态软件记录和分析，在计算机屏幕上 清晰地显示出来；通过 P L C内部的 P I D运算对给定 信号和反馈信号进行比较运算 ，将运算结果作为控制 信号，控制换热站进口阀门的开度。P L C控制电动调 节阀，从而实现对现场设备运行的控制。系统总体结 构示意 图如 图 1所示。 上位机监控系统 申 GP R S 传输终端 图 1 系统 总体结构示意 图 1 大多数换热站都采用超短波来进行传输 ， 但是随着城市的快速发展 ，拔地而起的许多高楼大厦 阻挡了信号的传输，使许多数据不能正常抄报。无线 电波还具有一定的局限性 ，抗干扰能力也 比较差 。对 于现有的传输系统，不仅需要人工检查进行大量的维 护 ，还需要投入大量 的维修费用 ，严 重影 响了企业 的 经济效益。为了有效解决供热管网存在的数据传输问 题，作者采用 G P R S 通用分组业务 ，它允许用户在端 到端分组转移的模式下发送和接受数据，不需要电路 交换模式。G P R S 不仅可以提供一种高效率 、低成本 的无线分组业务，还适用于间断的、突发性、频繁 的、少量的数据传输。系统采用这种无线传输方式不 仅提高了效率 ，还在很大程度上为用户降低了成本。 2 现场数据采集部分采用的是西 门子 S P - 2 0 0 系列的 P L C ，其他换热器控制系统采用传统继电器的 控制方式较多，其可靠性较差。而 P L C可用软件代 替大量的中间继电器和时间继电器，在系统中只留下 少量的输入输出硬件接口，减少因触点接触不良造成 的系统故障。另外 P L C在编程方面简单且容易理解。 3 在监控中心的上位机部分利用的是通用组 态软件 M C G S ，此软件能直观地对现场设备运行情况 进行监控 ，画面美观形象，人机界面良好，功能齐 全，应用起来简单方便，还可以清晰地显示现场设备 的运行情况 、生成报表、浏览报警信息。 3 P L C 、G P R S选型与 I ／ 0分配以及梯形图程序设计 3 ． 1 P L C 、G P R S选型 3 ． 1 ． 1 P L C型号选择 目前，换热器控制系统大多数采用 S 7 - 3 0 0 P L C， 虽然其 1／0扩展能力强、通讯功能强大，可以充分满 足系统的控制要求，但同时也增加了系统的成本。在 该设计里 ，6 个站里分别安装了P L C，控制的点数不 是很 多 ，所 以采用 S 7 - 2 0 0加上 模拟 量扩展模 块 的方 式来实现系统参数的采集与对阀门开度和恒压补水的 控制 。 该系统采用 西 门子 7 - 2 0 0系列 P L C ，型号为 C P U 2 4 X P ，模拟量模块选择 E M 2 3 5 ，对现场 的温 度、压力、流量、液位等进行采集与对阀门开度与变 频器进行控制。 3 ． 1 ． 2 G P R S 选 型 G P R S 数据传输业务与普通的数据业务不同，在 各个行业的应用有很强的专业性和特殊性，在不同的 行业运用里为用户提供不同的数据终端，这就要求结 合各行业运行的不同特点进行硬件、软件开发和系统 集成。G P R S选用深圳市宏电技术开发有限公司开发 的 H 7 7 1 0 G P R S ／ C D M A D T U D a t a T e r m i n a t i o n U n i t ， 它为用户提供了高速、永远在线、透明数据传输的虚 拟专用数据通信网络。主要针对电力系统及其 自动 化、工业监控、交通管理、金融等部门的应用，利用 G P R S网络平台实现数据信息的透明传输 ，同时考虑 到各应用部门在网络方面的需要，在网络结构上实现 虚拟数据专用网。I -I 7 7 1 0具有 R S 2 3 2 ／ 4 2 2 ／ 4 8 5三种接 口，为用户提供公用 的基础性平台和个性化应用选 择 ，特别适合中心对多点、点多分散的中小数据量的 传输。 下面主要介 绍系统 1／0分配以及系统 主要部分梯 形 图程序设计。 3 ． 2 P L C外部 1／0分配 经过详细分析系统工艺要求，该系统每个换热站 主要输入输出点数为开关量输入输出共为 l 2点， 模拟量输入输出共为 7个 ，其地址分配表如表 1 所 示 。 表 1 C P U 2 2 4 X P的 I ／ O分配表 地址 功能 、 地址 功能 1 0 。 0 本地手动控制 Q 0 ． 4 补水箱液位高报警 1 0 ． 1 远程 自动控制 Q 0 ． 5 回水压力高报警 1 0 ． 2 温度调节阀正常 A I W0 换热器出口温度 1 0 ． 3 供水阀门正常 A I W2 热网回水压力 1 0 ． 4 补水泵正常 A I W4 补水箱液位 1 0 ． 5 复位按钮 MW6 热网供水流量 Q o ． 0 远程 自动显示 A I W8 温度调节阀开度 Q o ． 1 本地手动显示 A Q W0 温度调节阀控制 Q o ． 2 补水箱液位低报警 A Q W2 补水泵变频控制 Q 0 ． 3 回水温度高报警
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