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       1 引言

    百重七供熱站下轄5個注汽站，每個注汽內主要設備有水處理裝置，兩臺注汽鍋爐。由于各注汽站地點比較分散，管理不方便，急需一套無線三遙監控系統。在注汽站下的一種無線數據傳輸網絡控制系統，進行遙測、遙信和遙控實現注汽站的無人值守，保證設備的安全運行。

    2 無線三遙監控系統的工作原理

    無線三遙監控系統實際上是無線數據傳輸系統，系統的任務是把數據按規定的準確度和速度從一地傳送到另一地，系統輸入的是待傳輸的數據，它們來自數據源，通常為二進制的比特流。數據傳輸系統包括三大部分，發送設備，接收設備，和傳送通道。

    發送設備是把二進制的數據變成適合于通信信道的波形，這一過程為調制，調制主要作用是使發送信號的頻譜和傳輸信道的頻帶相近似，并提高數據在傳輸過程中的抗干擾能力。

   接收設備要完成與發送設備相反的變換，傳輸信道輸出的是帶畸變的，信號與干擾噪聲的混合波形，接收設備對這種波形進行處理，然后恢復數據，這一過程為解調。

    傳輸信道是兩地之間的通信信道，對無線傳輸系統是一定頻率及帶寬的電磁波。傳輸信道給數據信號提供了通道。也會使信號產生畸變，帶來噪聲和干擾，其結果是數據在傳輸后產生差錯，傳輸信道還會限制信號的傳送速率，特別是無線通道，帶寬 較窄，同有線信道相比其傳送速率較低。

    衡量無線三遙系統的性能有以下幾個指標：

    （1）傳送速率，一般為1200～19200BPS，在無線三遙系統的設計中采用9600bit/s；

    （2）誤碼率：一般為10-7~10-8；

    （3）可靠性；

    （4）經濟性好。

    3 信道設計

    一個無線三遙監控系統能否正常工作，關鍵看無線通信信道是否暢通，設計步驟如下：

    （1）根據用途，考慮射頻干擾環境，選出工作頻段或頻點，根據國家無線電管理委員會規定，民用遙測頻段是VHF230MHz，采用調頻工作方式，在這一頻段，無線電波的直線形成傳播。

    （2）選定站址及無線高度。

    （3）根據傳輸指標及實現的可靠性，選擇天線形式，計算所需發射功率。

    無線三遙通信網一般可設計成星型輻射網絡，并分為單頻點組網和異頻點組網，其結構如圖1、圖2所示。

        
                                圖1 單頻點組網        圖2 異頻點組網  

   采用單頻點組網是以同頻單工方式工作的。它們的好處是設備一致，各點的設備可以互換，組網方便，只要進入場強覆蓋范圍，系統任意兩點都可以相互通信。

    當采用異頻頻點組網時，該網是以導頻單工或異頻雙工方式工作，通信雙方的收發信機分別使用2個頻率，主站電臺的收發信機與各從站的收、發信機頻率相反，它的好處是頻率的利用率高，相鄰電臺干擾少。

    4 無線三遙監控系統的硬件環境

      無線三遙監控系統由一個主站及多個從站組成，其中從站由注汽站為主體，測控儀表、安控RTU終端、數字無線電臺、天線等組成，主站由PC和數字無線電臺等組成。

    4.1 安控RTU終端控制器的基本結構

   安控RTU終端是一種遠端測控單元裝置，負責對現場信號、工業設備的監測和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，安控RTU通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環境，提供更多的計算功能。

    安控RTU終端控制器主要由CPU、存儲器、輸入模塊、輸出模塊、電源等部分組成，其組成結構框圖，如圖3所示。
     
                           
                                  圖3  安控RTU結構框圖

    （1）CPU模塊

    在RTU終端控制器系統中，CPU模塊相當于人的大腦，它不斷地采集輸入信號，執行用戶程序，刷新系統輸出。

    （2）I/O模塊（輸入輸出模塊）

    輸入模塊用來接收和采集輸入信號。數字量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關、數字撥碼開關、接近開關、光電開關、繼電器等數字輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收各種變送器提供的連續變化的模擬量電流電壓信號。

    輸出模塊用來驅動被控設備。數字量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等輸出設備；模擬量輸出模塊用來控制調節閥、變頻器等執行裝置。

   （3）電源模塊

    RTU終端控制器使用24V直流電源。內部的開關電源為各模塊提供DC5V、DC24V等直流電源。

    （4）RTU終端控制器的通訊接口

    RTU采用RS232標準通信接口MODBUS通信協議通過無線數傳電臺與上位PC進行通信。MODBUS通信協議是一種主從協議，允許一個主站與多個從站通信。MODBUS通信協議主要包括寄存器和開關量I/O讀寫等命令。采用命令/應答方式，每一種命令幀都對應著一種應答幀，主站首先向從站發送請求命令，從站根據請求命令中的功能碼向主站發送數據，每個從站都有自己獨立的地址。主站所發的請求幀和從站所發的應答幀都是以從站地址開頭的，從站只讀發給自己的命令，對以其它從站地址開頭的幀不作應答。

    （5）安控RTU終端控制器的工作原理

    安控RTU終端控制器通電后，需要通過硬件和軟件做一些初始化工作。為了RTU終端控制器的輸出及時地響應各種輸入信號，初始化后控制器將反復不停地分階段處理各種不同的任務，如圖4所示。
        
                                        

                                   圖4  安控RTU工作原理示意圖
   4.2 主站

    監控中心主站采用計算機串口與數字無線電臺相連，通過它主站向從站發送數據，并接收從站發來的數據，主站接收從機傳來的各種信號，處理后顯示輸出。

    監控中心主站計算機系統配備必要的操作系統軟件、組態軟件。調度中心主站組態軟件KINGVIEW6.5軟件為平臺，能夠顯示所有工藝流程、過程參數、趨勢圖、監控設備的運行狀態，完成報警和各種管理報表的打印以及數據的存儲功能。

    組態軟件一方面通過I/O驅動程序從現場I/O設備獲取實時數據，對數據進行必要的加工后，以圖形方式直觀地顯示在計算機屏幕上；另一方面按照組態要求和操作人員的指令將被控數據送給I/O設備，對執行機構控制或調整控制參數。圖5直觀地表示出了組態軟件的數據流程。
   
               
                                   圖5 組態軟件的數據流程
 
    從圖中可以看出，實時數據庫是組態軟件的核心和引擎，歷史數據的存儲與檢索、報警處理與存儲、數據的運算處理、數據連接都是由實時數據庫系統完成的。圖形界面系統、驅動程序等組件以實時數據庫為核心，通過高效的內部協議相互通信，共享數據。  
   
    4.3 數字無線電臺

    數字無線電臺可用于中心控制站與遠程RTU站之間的數據通信，電臺的工作范圍在50公里之內?？梢园腚p工或單工方式工作，收發同頻或異頻，與RTU終端或PC機采用RS232數據接口通信。

    5 無線三遙系統的工作原理

    安控RTU終端控制器設有EPROM及E2PROM，用于存儲程序及組態數據，硬件為模塊化設計，模擬量輸入模塊用以測溫度、壓力、流量、電壓、電流；開關量輸入模塊用來檢測電機運行狀態，開關量輸出模塊用以控制注氣泵電機啟停，模擬量輸出模板用以控制注氣泵電機轉速，通信有RS-232C通信接口電路，它和數字無線電臺相連，安控RTU終端控制器通過它接收主站發來的數據并向主站發送數據。

    5.1 供熱站工藝流程

    供熱站將井區來的清水經過在加熱蒸汽鍋爐中加熱為蒸汽后，再由注氣泵供給各個井口來進行注氣，如圖6所示。
          
             
                                        圖6  供熱站工藝流程圖

    5.2 供熱站檢測點

    供熱站無線三遙監控系統設置的檢測點有：來水壓力、來水流量、加熱鍋爐內溫度、加熱鍋爐內壓力、注氣蒸汽壓力、注氣蒸汽流量、電機電流和電機溫度等，控制點有注氣泵的啟?？刂?。

    5.3 百重七二作業區無線三遙監控系統的系統結構

   監控中心計算機內裝WindowsXP 操作系統，監控軟件和應用軟件，用于工藝流程的操作及監視，設備狀態的監視、設備故障的監視及確認，流量、壓力、溫度的瞬時值及累計值的圖形化動態顯示，故障及生產報表打印等。實現整個系統的狀態監視、控制操作、數據采集等功能，通過設置密碼限制不同級別人員操作。
  
                         

                                 圖7     無線三遙監控系統的系統結構圖  

    6 總結

     根據百重七供熱站的地理分布和以及工藝流程，基于“集中管理，分散控制”的模式，建立一個技術先進、性能可靠、成效顯著且便于進一步擴充的集現場控制、過程監視和計算機管理于一體的監控系統，完成對整個工藝過程及全部生產設備的監測與自動控制，實現“現場無人值守，總站少人值班”的目標。  

   摘自《自動化博覽》2011年第十一期