關鍵詞：可編程控制器 遠程監(jiān)控系統(tǒng) 無線數(shù)據(jù)傳輸
1. 引言
可編程控制器[1]（Programmable Logic Controller，簡稱PLC）作為工業(yè)控制專用的計算機，由于其結構簡單、性能優(yōu)良，抗干擾性能好，可靠性高，編程簡單，調試方便，在機械、化工、橡膠、電力、石油天然氣等行業(yè)工業(yè)控制現(xiàn)場已日趨廣泛地得到應用，成為工控現(xiàn)場進行實時控制的最主要的控制裝置。同時利用PLC所具有的串行通信和計算機的遠程通信功能，可實現(xiàn)計算機對多臺PLC控制裝置的遠程集中監(jiān)控。
在石油、天然氣遠程輸送管線上，大口徑油氣管道閥門是重要的基礎設備之一，具有截止、開啟、配送和調壓等多種功能，一旦出現(xiàn)故障輕則影響管線的輸送功能，重則導致管線的嚴重破壞甚至造成人生安全，因此對油氣管道及閥門的全程狀態(tài)監(jiān)控顯得尤為重要。遠程油氣管道監(jiān)控系統(tǒng)就是為提高油氣遠程輸送的安全可靠性而提出來的，該系統(tǒng)允許系統(tǒng)操作員通過位于監(jiān)控中心的計算機終端，進行對一定區(qū)域的閥門站進行遠程，具有較高的可靠性和運行效率。
2. 監(jiān)控系統(tǒng)的組成結構
遠程油氣管線監(jiān)控系統(tǒng)硬件組成示意圖如圖1所示。該系統(tǒng)是以PLC作為遠程控制終端，以工控PC機作為上位機的主從式一點對多點的遠程無線監(jiān)控網(wǎng)絡，采用串行異步通訊協(xié)議。下位機PLC安裝在各閥門站，根據(jù)上位機的指令或自身的控制程序控制閥門的開啟或關閉，并配置各種傳感器等輔助設備，組成數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。上位機安裝于油氣調度控制中心，以半雙工輪詢方式同各閥門站PLC通訊，以此形成SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控）系統(tǒng)。無線數(shù)傳電臺采用透明方式工作，只起數(shù)據(jù)傳輸作用，整個網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)采用同一頻率，通訊時，站點的識別是通過PLC的不同地址編號來實現(xiàn)的。
各閥門站采用PLC作為系統(tǒng)的基本RTU單元，完成各種測量和控制任務，主要由PLC本體、AD轉換模塊、傳感器組與智能驅動裝置四部分組成。
2.1 閥門電機主回路
圖2為閥門電機主回路及PLC外部端子回路示意圖。三相交流電動機M分別由交流接觸器KMO和KMC的通斷來驅動閥芯順、逆時針轉動實現(xiàn)閥門的開啟或關閉。
2.2 PLC外部端子回路
系統(tǒng)選用三菱電機公司生產(chǎn)的FX2N-32MR作為RTU單元。智能驅動裝置是引進美國Limitorque技術的SMC多回轉型閥門電動裝置，它可以單臺控制，也可集中控制，可現(xiàn)場操作，也可遠程控制，除能驅動閥門動作外同時還能將自身的狀態(tài)以標準信號的方式送出供PLC進行狀態(tài)檢測[2]。考慮閥門站兼有就地和遠程兩種控制方式，PLC共管理12路輸入信號和8路輸出信號。其輸入輸出信號及端子分配如表1所示。
表1 PLC輸入/輸出信號及端子分配表
2.3 A/D轉換模塊
A/D轉換模塊選用與PLC本體配套的FX2N-4AD，其有四路獨立的差分輸入通道。每個通道可選擇為電流型（±20mA）或電壓型（±10VDC）信號輸入。在每個閥門站管線或閥門的適當位置裝上溫度、壓力和流量傳感器，以采集油氣管線的工作狀態(tài)。參數(shù)信號經(jīng)傳感器變送后分別與FX2N-4AD各獨立通道相連，經(jīng)AD轉換后放到相應的數(shù)據(jù)寄存器中，供PLC程序定時讀取。
2.4 數(shù)傳電臺選型與設置
計算機與PLC之間采用無線數(shù)傳電臺方式進行通訊，采用交錯編碼、收后重發(fā)技術，提高無線通訊的抗干擾能力，確保閥門站無線遠程控制的安全可靠運行。數(shù)據(jù)傳輸模塊選用美國的MDS2710數(shù)字傳輸電臺，它可為兩點之間的數(shù)據(jù)傳輸提供全透明的半雙工通訊連接[3]。它一端與嵌入在PLC內的通訊FX2n-485-BD通過RS485接口方式相連，另一端則通過標準的RS232接口與監(jiān)控中心服務器的串口連接，組成準雙向的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收無線通訊網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的最大節(jié)點數(shù)可達32個。
電臺數(shù)據(jù)幀格式設置為7位數(shù)據(jù)位、1位停止位、偶校驗的方式，傳輸速率為9600bit/s。電臺發(fā)射功率為25W，采用收、發(fā)同頻方式（235MHz），主站架設全向天線，閥門站架設定向八木式天線后，數(shù)據(jù)傳輸距離可達15Km以上，在地勢平坦地區(qū)，通訊距離可達20Km。與之相適應PLC通訊格式特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120設置為-8058，D8121寄存器用來設置各閥門站ID號。為了安全，除在天線安裝了避雷針外，天線到電臺之間的饋線也加裝了避雷器。
3. 監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)
系統(tǒng)對閥門的監(jiān)控能實現(xiàn)就地控制和遠程控制兩種控制方式。系統(tǒng)控制過程流程為：傳感器將測得信號通過屏蔽信號電纜傳送到A/D轉換模塊的輸入端，經(jīng)過A/D轉換模塊轉換后存入指定的數(shù)據(jù)寄存器供PLC讀取。PLC將數(shù)據(jù)通過無線數(shù)傳電臺送出，最后到監(jiān)控中心供系統(tǒng)處理，完成一次數(shù)據(jù)采集過程。系統(tǒng)控制信號當為就地控制方式時由操作者通過閥門站控制箱內的按鈕直接控制;當為遠程控制時則由監(jiān)控中心發(fā)出，PLC接收到信號后通過輸出端口控制智能驅動裝置使閥門動作。
系統(tǒng)軟件由兩部分組成：一是PLC端實時測控軟件;二是監(jiān)控中心計算機測控數(shù)據(jù)實時處理軟件。
3.1 閥門站PLC軟件設計
PLC端閥門站實時測控軟件控制過程流程圖如圖3所示。它采用梯形圖邏輯編制，編程方便且直觀。因篇幅原因，下面給出PLC本體從FX2N-4AD給取AD轉換結果及部分控制程序梯形圖[1，4]，如圖4所示。
3.2 系統(tǒng)監(jiān)控中心軟件
本監(jiān)控系統(tǒng)軟件是利用KingView6.5[5]編寫。能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，以動畫圖形方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有數(shù)據(jù)庫ODBC接口、DDE功能、可便利地生成各種曲線和用戶報表，也可將數(shù)據(jù)以Excel格式輸出。系統(tǒng)軟件主要由實時監(jiān)控、曲線動態(tài)生成、數(shù)據(jù)報表管理、數(shù)據(jù)庫管理、報警及用戶管理六大功能模塊組成。
用戶通過系統(tǒng)可隨時清楚了解網(wǎng)內各閥門站的狀態(tài)參數(shù)與閥門狀態(tài)，對閥門實施遠程控制，對所監(jiān)測的各種參數(shù)均設有上、下限值，具有越限報警、緊急處理功能。系統(tǒng)將歷史數(shù)據(jù)以多種方式保存，便于管理者進行閥門站運行數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計和故障分析[6]。圖5為監(jiān)控系統(tǒng)主畫面。
圖5 監(jiān)控系統(tǒng)主畫面
4. 結語
系統(tǒng)監(jiān)控中心通過數(shù)據(jù)傳輸電臺對油氣管線中多閥門站參數(shù)同時實時采集、對異常情況及時報警，消除了安全隱患，極大改善了我國目前油氣管線監(jiān)管不力的現(xiàn)狀，系統(tǒng)有較強的數(shù)據(jù)處理功能，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)報表的自動生成、數(shù)據(jù)庫的訪問、排序、查詢等多種功能。系統(tǒng)經(jīng)半年多實際運行，其性能穩(wěn)定，運行可靠，人機界面友好，易操作，使用維護方便，具有很好的可擴展性和較高的實用價值。
參考文獻：
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[2] 天津百利二通機械有限公司.閥門驅動裝置技術手冊[M]，2000.
[3] 深圳華夏盛科技有限公司. 2710/4710系列數(shù)據(jù)傳輸電臺安裝和使用指南[M]，2003.
[4] 鐘肇新,彭侃.可編程控制器原理及應用（第二版）[M]. 廣州:華南理工大學出版社,1999.
[5] 北京亞控科技發(fā)展有限公司. Kingview 6.5使用手冊[M]，2003.
[6] 楊富強.PLC及無線網(wǎng)絡技術在污水收集泵站監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].廣東自動化與信息工程,2001,2:6-10.
