基于电话网络的热网远程控制系统设计.pdf

http:/-1-基于电话网络的热网远程控制系统设计基于电话网络的热网远程控制系统设计 程广增 北京交通大学电气工程学院，北京(100044)E-mail： 摘摘 要要：介绍了基于调制解调器和电话网络的热网远程控制系统的设计方法，给出了软件与设备拨号通信的设计原理，给出了基于组态王软件的系统实现方法。关键词关键词：远程监控，Modbus，调制解调器，组态王 中图分类号中图分类号：TK32 文献标识码文献标识码：B 1 引言引言 随着我国经济的快速发展，城市人口越来越多，城市的环保和节能问题越来越受到重视。当前北方各大城市推行的市政集中供热系统自动化改造，正是基于提高效率，节约能源，减少污染的需求，通过改造过去的单位、小区分散控制为大区、城市集中调控，不断提高热网自动化监控水平和供热运行综合管理水平，实现节约能源降低污染的目的。热网改造过程中普遍面临的问题是换热站、热力站与大型锅炉房、热力控制中心等相对分散，间距甚远，如果采用直连线缆方式控制，工程施工难度及工程造价都势必太高。而如果采用无线电台通信，干扰问题又很难解决。本文正是基于我国城市供热系统发展的现状，提出了通过市政电话网络进行远程监视控制的切实可行的技术方案。2 系统组成系统组成 城市热网控制系统一般分为三级：热力调度中心、区域分控中心、站控。热力调度中心作为整个热网系统的中心，负责对管网进行统计、分析与预测，及时发出调度指令，协调整个热力管网系统的安全可靠运行。区域分控中心一般基于大型的锅炉房，其本身独立成系统，主要负责监控本区域内的所有设备及本区域所有管网的运行参数，并进行统计、分析及时上报调度中心，以便调度中心及时做出运行调整。站控一般为 PLC 等现场控制设备，安装于热力站、交换站等监控现场，负责采集各仪表数据上传到分控中心，自动调整设备的运行接受控制中心的控制指令设定。本文主要讨论分控中心与设备的通信实现。3 设计原理设计原理 3.1 分控中心与现场设备分控中心与现场设备 电 话 网 络现 场 PLC分 控 中 心 现 场 PLC现 场 PLCclient 图 1 网络结构图 Fig.1 Network topology diagram http:/-2-系统设计为由分控中心计算机监控软件基于电话网络通信链路实现与现场设备的互连，采集本区域现场设备的相关数据，监视本区域设备的运行状态，并根据现场数据信息对设备做出相应的调控。3.2 Modem 选型与配置选型与配置 目前市面上流行的支持 V92/90 通讯规约的 Modem 均可，但作为工控场合应用，建议采用工业 Modem。直接购买的 Modem 其内部设置为出厂缺省设置，能够供用户拨号上网，但还不适合软件拨号需要，必须重新初始化才能使用。Modem 的配置操作可以用系统应用软件（如超级终端）或其它可进行串口操作的软件完成。Modem 配置参数如下1：AT&F&W0&W1 恢复出厂设置；ATS0=1 设置自动应答方式；AT&D0 忽略 DTR 信号；ATS37=9 设置波特率为 9600；AT&K0 不使用流控；ATQ1 不返回结果码；ATE0&Y1&W1 关闭回显，设置文件 1 为活动状态，保存当前设置到文件 1 中。Modem参数配置完成后，计算机通过对连接Modem的串口写入“ATDT对方电话号码”就可以拨通对方电话，建立起通信链路。然后采用标准的 Modbus 通信协议与现场设备进行数据交换。数据交换结束后，通过对串口写入“ATH0”控制 Modem 挂断，结束本次通信。3.3 Modbus 协议简介协议简介 Modbus 协议已经发展成为一种通用的工业标准设备通信协议，应用广泛，大量的工控设备都提供了基于 Modbus 的通信协议。其中的 Modbus RTU 串行通信协议接口是一种与RS232 兼容的串行接口，能够经由 Modem 设备方便的进行组网，提供可靠的数据通信。ModbusRTU 协议的字格式与帧格式如下2 表 1 Modbus 协议信息帧格式 Tab.1 Message frame of Modbus protocol 地址码 功能码数据区错误校验码8 位 8 位 N*8 位16 位 地址码地址码：地址码从 0 到 255。每个从机都有唯一的设备地址，设备地址与地址码相同的从机将接收由主机发送来的信息。并且此从机才能响应回送，当从机回送信息时，地址码表明该信息来自于何处。功能码功能码：主机发送的功能码告诉设备执行什么任务。数据区数据区：数据区的信息根据不同的功能码而不同。主机发出的数据区包含需要设备执行的指令等信息，从机响应的数据区包括采集的数据和各种状态。错误校验码错误校验码：主机或设备通过校验码进行判别接收信息是否出错，对于基于 Modem 网络的通信，错误校验尤为重要。错误校验采用 CRC-16 校验方法 Modbus RTU 是一种主从通信协议，协议定义主机查询及从机应答。网络里仅有一台主机，其它设备作为从机，主机不需编号，从机必须编号。通信时，主机首先向从机发出请求信息，符合地址码的从机接收通讯命令，除去地址码，读取信息并进行 CRC 校验，如果没有出错，则执行相应的任务，然后把执行结果返给主机。若出现错误，从机将视这次请求为无效，修改功能码以用于指出回应消息是错误的，同时在数据区写入描述错误信息的代码。当主机收到这一信息时，会重新发送请求信息。http:/-3-4 软件实现软件实现 4.1 组态王软件简介组态王软件简介 组态王 HMI 监控软件，提供了丰富的设备驱动协议接口程序，具备强大的画面图形制作、数据库管理、统计分析报表生成等功能3。通过 Kingview 软件基于 Modem 拨号网络的Modbus 设备驱动程序。用户可以灵活方便的实现热力网络控制系统的组建，减少工程设计调试时间。4.2 软件驱动配置软件驱动配置 分控中心计算机 Kingview 软件通过配置串口 Modbus 驱动程序实现与现场控制设备的数据交换。驱动配置路径为：设备-PLC-modicon-ModbusRTU-串口，通信参数一般选择为 9600，8，1，无校验。这里要注意在定义设备时选中 Modem 选项。设定地址定义格式为：#为 RTU 设备的设备地址。相关驱动程序的地址寄存器列表如下1 表 2 Modbus 设备寄存器列表 Tab.2 Register list of Modbus driver 名称 范围 类型 属性0 050000Bool R/W1 09999 Bool R 3 065535Short/UshortR 4 065535Short/UshortR/W7 065535Float/long Short/UshortR/W8 065534Float/Long R 9 065534Float/Long R/WSWAP Ushort R/WDELAY Ushort R/WCommErr0 Bool R/W 表 3 Modem 寄存器列表 Tab.3 Register list of Modem driver 名称 范围类型属性备注 IPC 0 shortR/W1 拨号 99 挂断 IPS 0 shortR 0 未拨通 1 拨通 IPN 063stringR/W被叫电话号 REDIAL 063shortR/W重拨次数 TIME 063long R/W通讯时间长度 LINKNUM 0 shortR/W当前连接线路 DFTIPN 0 stringR/W非轮拨时默认电话ROLLING 0 bit R/W1 轮拨 0 非轮拨 CommErr 0 bit R/W0 启动通讯 1 暂停http:/-4-4.3 程序设计程序设计 4.3.1 电话轮拨采集电话轮拨采集 组态王在同一个串口配置所有的 Modbus 设备，这样只需配置一个主叫 Modem 轮流拨通从 Modem 来采集设备数据。组态王软件可以实现每一个主叫 Modem 对 64 路从 Modem的轮拨通信。下面给出以 COM1 串口定义两个 Modbus 设备为例的轮拨编程程序 应用程序命令语言启动时执行初始化程序如下：应用程序命令语言启动时执行初始化程序如下：（主要是对程序进行初始化操作）Modbus1_CommErr=1;/暂停 Modbus 设备 1 通讯 Modbus2_CommErr=1;Modem_IPN1=68678;/设定预拨电话号 Modem_IPN2=68679;Modem_TIME1=30;/主叫 Modem 和被叫 Modem 的通 Modem_TIME2=30;/讯时间设定（单位 S）应用程序命令语言的运行时执行程序如下：应用程序命令语言的运行时执行程序如下：if(Modem_ROLLING=1)/判断为轮拨 if(Modem_IPS=1)/判断主叫 Modem 正在通讯 if(Modem_LINKNUM=1)/连接通道 1 的设备 Modem_CommErr=1;/标志 modem 通信 Modbus1_CommErr=0;/使能设备 1 的通讯 if(Modem_LINKNUM=2)/连接通道 2 的设备 Modem_ComErr=1;Modbus2_CommErr=0;if(Modem_IPS=0)/主叫 Modem 未通信 Modbus1_CommErr=1;Modubs2_CommErr=1;Modem_ComErr=0;If(Modem_ROLLING=0)Modbus1_CommErr=1;Modubs2_CommErr=1;Modem_ComErr=0;http:/-5-用户通过画面控制 Modem_ROLLING 就可以实行程序自动轮拨通信。4.3.2 多路同时采集多路同时采集 通过计算机多串口扩展，组态王可以建立多主 Modem 和多从 Modem 同时连接采集的方式。组态王软件可以同时进行 128 路 Modem 的数据采集。下面给出以 com1、com2 串口分别定义一个 Modbus 设备为例的程序 应用程序命令语言启动时执行初始化程序如下：应用程序命令语言启动时执行初始化程序如下：Modbus1_CommErr=1;/暂停 Modbus 设备 1 通讯 Modbus2_CommErr=1;Modem_Com1_DFTIPN=68678;/设定电话号 Modem_Com2_DFTIPN=68679;应用程序命令语言的运行时执行程序如下：应用程序命令语言的运行时执行程序如下：if(Modem_ROLLING=0)if(Modem_Com1_IPS=1)/判断 Modem1 正在通讯 Modem_Com1_ComErr=1;/标志 modem 通信 Modbus1_CommErr=0;/使能设备 1 的通讯 if(Modem_Com2_IPS=1)/连接通道 2 的设备 Modem_Com2_ComErr=1;Modbus2_CommErr=0;Else Modbus1_CommErr=1;Modubs2_CommErr=1;Modem_Com1_ComErr=0 Modem_Com2_ComErr=0 用户通过画面控制 Modem_Com1_IPC 和 Modem_Com2_IPC 就可以实行多路同时通信。对于大型的系统，可以设计未轮拨采集和多路同时采集共同使用，极大的方便了系统的扩展。5 结束语结束语 此设计方案已成功应用于多个市政集中供热控制系统中，取得很好的运行效果，系统运行可靠性与性价比均较高。Kingview 软件提供的友好人机界面，完善的报警、丰富的报表和强大的数据库功能，有效地满足了市政集中供热系统对软件的需求，得到用户的认可。http:/ 6 参考文献参考文献 1 组态王驱动帮助文档 北京亚控科技发展有限公司 2 Modicon MODBUS Protocol Reference Guide MODICON Inc.,3 组态王 6.5 操作手册 北京亚控科技发展有限公司 The Design of Remote Control System for Municipal Heating Network Based on Telephone Network Cheng Guangzeng Beijing jiaotong university，Beijing（100044）Abstract The application of remote control system for municipal heating network based on modem and telephone network is stated.Related principal of modem communication for devices is discussed.A method of remote control system based on Kingview software is given.Keywords：Remote control，Modbus，Modem，Kingview 作者简介：程广增，男，硕士研究生，研究方向为电力系统建模、仿真与控制。