无线远程热交换监控方案
一、 系统概述
供热系统是一个多参量、大滞后的复杂系统，供热系统综合节能控制技术，有针对性的解决供热系统热源、管网、终端用户三个部分实际问题，提供三个主要环节的信息化管理平台，实现了热源控制一体化，管网智能化，终端用户信息化；解决了系统整体过量供热，管网存在水力失调，室温存在冷热不均及锅炉冷凝水的问题，达到整个系统的节能目的；提高了供热品质及舒适度，延长了设备的使用寿命。我公司研发的RECT-DTU换热站无线监控系统及锅炉监控系统是集现代计算机技术、自动控制技术和通讯技术为一体的，全面地监测热网的运行参数，控制热网的供热温度，为“按需供热”提供有效技术保障。系统节能率10—30%，使用寿命在10年以上。
换热站系统是为用户采暖而设计的，它将锅炉房供来的一次测高温热水，通过热交换器换成二次测低温热水，再供往各个建筑物进行冬季采暖。目前换热站大都采用人工监控，既浪费人力又存在事故隐患，并且各站之间难以统一调度，容易造成热力失衡。
本系统是对热交换系统的整体改造，将热交换采用当今最先进的自动化控制系统。采用GPRS无线远程监控系统进行监控。使用一台计算机作为上位机，通过无线数据传输模块，对各个换热站的工作状态进行远程监控。现场采用矩形科技公司的PLC进行数据采集、处理、工况监测、故障保护及事故报警和短信通知等功能。正常情况下，上位机的监控人员根据上传数据可实时通过上位机对该站的水泵进行起停控制，实现换热站的无人值守。
二、 系统拓扑图
本系统由作为上位机的计算机、无线数据传输模块、天线、各种传感器、和作为下位机的PLC构成上位机链接系统。上位机提供良好的人机界面，对全网进行监控和管理;下位机直接参与现场控制，通过各种传感器采集实时参数以及发出控制命令。上位机和下位机之间通过无线数据传输设备进行无线通信。
系统选用矩形科技N80系列M44MAD控制器
3.1、产品特色
l 16路数字量输入；
l 16继电器输出；
l 6路模拟量输入(0~10V电压，4~20mA电流，10K NTC，PT100可选)；
l 6路模拟量输出（0~10V电压、4~20mA电流可选）；
l 1路100M以太网通信接口；
l 1路RS232；
l 1路RS485（可扩充至最多3路RS485，其中一路隔离）；
l 1路CAN2.0（可选）
l 支持掉电保持功能；
l 2路200K脉冲输出， 2路AB相脉冲计数、上下脉冲计数、单脉冲计数输入，4路外部中断；
l RTC 实时时钟功能，及功能强大的日期时间段功能块，可灵活设定任意多个时间驱动事件；
l 集成了多种通讯协议，包括： 1路RS232，3路RS485， 1路以太网， 4路串口均支持标准的MODBUS/RTU主、从协议， 以及自由通讯协议(可以兼容任意RS485或RS232通讯协议)，以太网接口支持MODBUS/TCP主、从协议；
l 支持以太网、RS232、RS485编程；
l 支持IO点扩展，通过连接扩展模块可以扩展各种类型IO点数量，最大支持7个扩展模块；
3.2、无线数据传输模块
本系统采用无线数据传输模块GPRS-DUT作为计算机与可编程序控制器的数据传输媒介。控制器（PLC）和模块之间的通信是通过RS-232异步串口来完成的，该模块在本系统中只作数据传输使用，它与计算机和PLC接线为简单的三线连接即可。
在本系统中，模块以广播的方式发送信息，而通过PLC上位机链接的帧格式中的节点号来判断接收方和发送方。对于节点号不符的信息，将由PLC拒绝接收。
3.3 、上位机链接通信
上位机链接通信用来在PLC和上位机之间传送数据，使得上位机可以使用上位机链接命令监视PLC的运行状态和数据区的内容。还可以使用TXD（—）指令将PLC数据区的数据传送到上位机。
上位机链接通信是一种主从总线通信方式，以上位机作为工业局域网通信的主站，其它所有连入该网的PLC皆为从站。在本系统中，上位计算机监控各换热站工作，各站独立运行，彼此之间无数据交换，故在数据传送方式上属主从通信。
在主站与某一从站建立起联系后，采用有应答方式进行通信，主站以命令帧形式发出命令，从站用响应帧应答。在命令帧或响应帧中包含着需要通信的数据，通过命令帧与响应帧的应答，就能使要交换的数据顺利到达对方。
下面介绍命令帧与响应帧格式。
命令帧格式：
响应帧格式：
FCS校验码用于检查传送时是否存在数据错误。结束码表示命令完成的状态，若PLC正确执行了上位机下达的命令，则结束码为00;若发生了错误，结束码为非0。
四、 系统功能
4.1、上位机主要功能
（1）巡回检测各换热站及泵房的实时参数,包括各站每台泵的工作状态、过载状态、泵电流，各站二次侧回水压力、出水压力、回水温度、出水温度、水位等。
（2）接收和记录下位机传来的报警信号，包括电源掉电，火警，盗警信号。
（3）远程开、关泵操作。可分别对各站每台泵单独进行起、停控制操作。
（4）使用曲线图、表格方式显示实时数据和历史数据以及表格打印。
4.2、下位机主要功能
（1）现场数据采集和处理，发出执行动作信号，与上位机交换信息。
（2）二次侧回水温度、出水温度、回水压力、出水压力监测。
（3）二次侧各泵电流的监测及电流超高、低限时自动停泵。
4.3、现场控制器功能
现场控制器是集散型控制系统的终端环节，既可独立工作，也可以接受中央管理工作站的监督指导。现场控制机与其所控系统内的传感器、执行器及被控设备组成了一个相对独立的控制单元。现场控制器的主要功能如下：
1） 参数检测：主要完成管网现场过程的模拟量（如温度、压力、热量等）、状态量（如泵的状态、温度等）及脉冲量的测量。
2） 数据存储：由于热网运行的大惰性，和控制系统的非实时性，要求现场控制设备能按指定的时间间隔进行参数存储，一般情况下这些参数通过通讯网络定期传输到监控中心的服务器中。
3） 通讯：现场控制设备必须能够在主动或被动方式下与监控中心通过某种通讯网络进行数据通信，以便监控中心能了解系统的整个运行状况，做到系统协调优化运行。
4） 显示操作功能：现场控制设备具备液晶显示和操作界面，以方便运行人员在现场对运行状况一目了然，同时可以人工直接控制调节系统运行工况。
五、 系统配置
5.1、中心机房部分设备配置一览表：
| 序号 |
名称 |
说明 |
| 1 |
标准PC机或者服务器 |
服务器 |
| 2 |
监控软件 |
监控软件 |
| 3 |
具有固定IP的上网方式（或者ADSL+动态域名） |
和GPRS模块通讯的网络条件 |
| 4 |
投影或者大屏幕电视 |
现场的显示 |
| 5 |
短信猫 |
短信报警 |
| 6 |
打印机 |
报表打印 |
| 7 |
辅助办公台面等等 |
|
| 8 |
UPS电源 |
不间断电源，在线式 |
| 9 |
路由器：TP-link TL-R4148,处理器 |
采用Intel IXP 网络专用处理器，多CPU分布式处理。 |
| 10 |
交换机：TP-LINK100M端口 |
8口交换机 |
5.1、现场部分设备配置一览表：
| 序号 |
名称 |
说明 |
| 1 |
矩形科技控制器M44MAD |
根据情况选点 |
| 2 |
现场人机 |
可选 |
| 3 |
GPRS或者3G DTU |
|
| 4 |
电源部分 |
24V电源 |
| 5 |
继电器 |
远程控制泵启停 |
| 6 |
其他信号传感器 |
|
| 7 |
其他电控设备 |
|
六、 系统软件
6.1、集中监控软件
集中监控软件是监控系统的核心软件，该软件分为三个软件模块：前置监控工作站通信模块、语音及短消息服务模块、后台监控工作站模块。
前置监控工作站负责收集各个分控点的数据信息，并在数据库服务器上整理形成数据库文件，供后台监控工作站和管理工作站调用。前置监控工作站上安装了两个软件模块，一个软件模块为前置监控工作站通信模块，另一个软件模块为短消息服务模块。前置监控软件组态王软件，操作系统为windows XP SP3系统。
1 采用当地最新地图标记各个分控点位置，用户一看一目了然。
2 点击各控制点即可进入相关控制界面，查看各控制点信息
3 地图上会自动显示各控制点当前工作状态，并以不同颜色区分开来
4 可根据需要采用动态地图功能查询当前控制点信息
6.2、配置管理
监控系统具有配置管理功能，当操作人员变更和增加控制人员时，系统管理员可以登录到管理页面增加、修改、删除操作人员，系统管理人员和操作人员都可以登录到用户和安全区内修改登录名和密码。
1 只有高级管理人员具有添加、修改、删除操作人员的权限
2 不同用户具有不同权限
3 所有用户具有监视画面的权限
6.3、安全管理
系统具有完善的操作管理功能。为保证系统安全，使用某些功能时必须输入密码，经系统确认后方可允许进入系统，进行操作。操作密码有不同等级，以限制不同人员的操作范围。
所有被监控设备都有操作记录，包括操作人、被操作设备、操作日期、时间等，系统对操作记录应有查询、统计功能。
6.4、信息查询、统计及打印功能
1 实时监视各分控点工作状态和运行参数，接收故障告警信息。
2 根据需要，查询分控点采集的各种监测数据和告警信息，并在屏幕显示或打印输出。
3 实时监视各分控点的工作状态。
4 可通过数据采集控制器下达测控命令，并用严格的权限控制确保操作的安全性。
5 具有统计及自定义报表功能，能生成以下各种统计报表及曲线图：
(1) 日、月、年告警统计报表；
(2) 日、月、年操作统计报表；
(3) 日、月、年监测数据统计报表；
(4) 日、月、年设备负载曲线；
(5) 日、月、年总用电量曲线；
(6) 任何一天的设备运行参数或曲线；
(7) 用户根据实际需要自定义的报表。
(8) 具有文件存档功能，存档的文件（日、月、年汇集告警文件和监测数据文件）能在硬盘上保存一年，然后自动倒入外存。
6 信息打印功能具有：
(1) 出现告警立即打印；
(2) 根据管理需要定时打印；
(3) 屏幕拷贝打印；
(4) 打印信息在屏幕上有提示。打印内容包括：
7 告警报告；
8 日、月、年告警和监测数据统计报表及自定义报表；
9 全部监测参量；
1 0 曲线图、直方图等。
11 具有彩色图形显示方式
6.5、告警查询、上报功能
1 设定告警等级、用户操作密码等级。
2 可在指定的现场运行流程图上通过逐层扩展，最后将故障定位在某一设备上（如变压器等），同时可直观看出引起故障告警的测点及告警数据。软件主界面为城市电子地图，所有分控点在地图上均有标注，当发生故障时，分控点颜色变为告警色（一般为红色）并开始闪烁。用户用鼠标单击分控点，屏幕弹出该分控点模拟图，模拟图上显示出分控点压力，温度信号，在发生告警的设备上有告警光点在闪动，直到故障消除后，告警光点消失。
3 能够实时向上一级监控中心转发紧急告警信息和报送上一级监控中心所要求的数据信息。
4 具有外接大屏幕投影显示屏或电子显示屏的功能。
5 发生告警时，可以通过电话或手机向维护人员自动发出远程语音告警。
6 发生告警时，还可以通过GSM MODEM向维护人员的手机以短消息方式发送告警信息。
