基于GPRS短信功能的PLC溫度調(diào)節(jié)裝置

閆鴻魁，王 森，楊秀敏，邵 亮

(沈陽工程學院 自動化學院，遼寧 沈陽 110136)

基于GPRS短信功能的PLC溫度調(diào)節(jié)裝置

閆鴻魁，王 森，楊秀敏，邵 亮

(沈陽工程學院 自動化學院，遼寧 沈陽 110136)

結(jié)合實際工作廠房供暖的需要，設計了一個通過組態(tài)可視化界面實現(xiàn)觸摸屏控制的PLC溫度調(diào)節(jié)裝置，包括硬件的整體結(jié)構(gòu)和組態(tài)軟件的選擇。采用PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片機控制熱風幕的關斷，尤其在惡劣條件下提高了熱風幕關斷的準確率。并且通過軟件實現(xiàn)了GPRS短信功能，包含遠程報警和數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋詣踊到y(tǒng)中應用該項技術的可行性得到證明。通過組態(tài)軟件的實現(xiàn)，更好地實現(xiàn)了人機交互可視化界面應用的可行性。最后對裝置分別進行了現(xiàn)場實際驗證，溫度調(diào)節(jié)的正確率、GPRS短信功能驗證實驗、組態(tài)的實時處理和數(shù)據(jù)收發(fā)正確率均達到了100%。

溫度調(diào)節(jié)；組態(tài)；PLC；GPRS

我國北方地區(qū)供暖普遍采用傳統(tǒng)的燃煤鍋爐供暖，除了污染環(huán)境，隨著煤的產(chǎn)量越來越少，供暖成本也越來越高。中小型企業(yè)為了節(jié)約成本，采用熱風幕供熱，同時實時監(jiān)控周圍環(huán)境溫度，智能調(diào)節(jié)溫度，大大節(jié)約成本，同時減少環(huán)境污染[1]。

提出了觸摸屏控制PLC調(diào)節(jié)溫度進行處理分析的方案，保證了調(diào)節(jié)的實時性和準確性。同時實現(xiàn)人機交互可視化界面，更直觀的查看相關信息。GPRS短信通信技術在自動化系統(tǒng)中既減少網(wǎng)絡構(gòu)建和維護費用又保證了其穩(wěn)定性。因此，進行了具有GPRS短信技術功能的PLC溫度調(diào)節(jié)裝置的研發(fā)工作，側(cè)重于饋線終端部分的介紹。

1 GPRS短信技術特點和通信實現(xiàn)

通用分組無線服務技術(General Packet Radio Service)的簡稱為GPRS[2]，GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS是以封包(Packet)式來傳輸，不同于以往的在頻道傳輸?shù)姆绞?，在費用上不用承擔整個頻道，是以傳輸?shù)膯挝粊碛嬎?，因此性價比較高。GPRS被稱為2.5G技術，傳輸速率峰值可達到384 kbps。EDGE被稱為2.75G技術，為GSM向3G的轉(zhuǎn)變提供了技術基礎。具有永遠在線、速度高、按數(shù)據(jù)流量計費等特點，優(yōu)勢顯著存在于實時傳輸遠程突發(fā)性數(shù)據(jù)中。系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由饋線終端的PLC、終端的GPRS通信模塊、GPRS通信網(wǎng)絡、管理主機或手機等組成。通信的過程：當PLC通過溫度傳感器檢測出溫度，并通過PLC控制端控制熱風幕的開斷，同時當溫度過高或過低時PLC控制端未動作并報警，GPRS終端通信模塊尋找信息目標，并將短信發(fā)送到中國移動公司的GPRS通信網(wǎng)絡主機。移動設備或者是鏈接該短信模塊的終端都可以接收到相應信息。接收信息后，可以根據(jù)溫度和現(xiàn)場具體情況進行處理。短信通信的實現(xiàn)采用F2103 GPRS-DTU，如圖2所示。支撐平臺采用嵌入式實時操作系統(tǒng)，通信處理器和工業(yè)級的無線模塊，同時提供RS232和RS485接口，串口設備可直接連接，傳輸功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)全透明[3]。

圖2 F2103 GPRS模塊

該模塊提供三個指示燈[4]，分別為“Power”、“ACT”、“Online”。指示狀態(tài)如表1所示。

表1 狀態(tài)指示表

2 MCGS組態(tài)的選擇及實現(xiàn)

基于Windows平臺的、用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件MCGS是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的，主要完成前端數(shù)據(jù)的控制與處理、現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)測與采集，觸摸屏選用的是TPC7062K[5]。

系統(tǒng)主界面如圖3所示，包含四個區(qū)域，四個溫控探頭，每個區(qū)域平均配置兩個熱風幕，每個區(qū)域的開啟意味著該區(qū)域的兩個熱風幕啟動，提高該區(qū)域的環(huán)境溫度[6,7]。

圖3 系統(tǒng)主界面

登錄后可進入模式選擇如圖4所示。模式選擇有手動控制、定時控制、溫度控制這三種模式，還能對系統(tǒng)進行設置等。啟用任何與當前控制模式不一致的控制模式都會彈出停用當前模式的警告。點擊“Yse”確認啟用模式。

圖4 模式選擇界面

手動模式先進入的是單臺控制模式，可以看到每個區(qū)域的溫度，并手動啟動或停止每一臺設備。進入手動控制所有設備會強制停止，然后人為啟動每一臺設備?；疑硎驹O備停止，紅色表示設備啟動，點擊每一臺設備圖標即可切換啟動、停止，運行時設備紅色，停止時設備灰色。手動模式界面如圖5所示。

圖5 手動模式界面

3 硬件結(jié)構(gòu)與功能實現(xiàn)

該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖6所示。包括溫度的采集、GPRS短信模塊、MCGS觸摸屏、PLC及其擴展模塊，所完成的功能如下：

1)區(qū)域溫度的實時采集。當區(qū)域溫度低于設定值溫度時，啟動PLC控制繼電器吸合，通過熱風幕的開啟達到設定的溫度；當區(qū)域溫度高于設定溫度時，關閉繼電器，從而關閉熱風幕。

2)自動進行SMS數(shù)據(jù)通信。當溫度過高或過低故障被裝置檢測出后，串行通信端口與GPRS短信模塊通過PLC連接，監(jiān)控中心或者操作人員的通信設備自動接收異常數(shù)據(jù)。

3)采用MCGS觸摸屏，更直觀的實時監(jiān)測區(qū)域溫度情況和熱風幕的工作狀態(tài)，通過MCGS實時控制各區(qū)域熱風幕的運行狀態(tài)。

4)裝置實時監(jiān)測區(qū)域溫度的信息，可讓控制中心知道調(diào)節(jié)裝置和短信模塊運行正常。出現(xiàn)問題可及時解決,避免出現(xiàn)運行事故。

圖6 裝置硬件結(jié)構(gòu)

4 裝置軟件的實現(xiàn)過程

本裝置通過檢測區(qū)域溫度與設定溫度的大小來判別是否啟動熱風幕，進而實現(xiàn)區(qū)域溫度的調(diào)節(jié)，整個溫度調(diào)節(jié)流程如圖7所示。

區(qū)域溫度的調(diào)節(jié)分為三種模式，可以自行選擇并在其模式下進行溫度調(diào)節(jié)，具體溫度調(diào)節(jié)模式選擇流程如圖8所示。

圖7 溫度調(diào)節(jié)流程

圖8 模式選擇流程

5 裝置的功能驗證實驗

5.1 組態(tài)的功能驗證實驗

系統(tǒng)具有密碼保護功能，在不登錄的情況下只能查看各設備的運行狀態(tài)。密碼保護界面如圖9所示，該情況下模式選擇無法進入。

圖9 密碼保護界面

5.2 PLC的功能驗證實驗

PLC程序分為幾個模塊，包含主程序、初始化、定時控制、手動控制、溫度控制和溫度采集程序。PLC功能驗證實驗還包括定義符號表、元件監(jiān)控表、通訊的配置及系統(tǒng)參數(shù)等[8-11]。其中部分主程序梯形圖如圖10所示。

5.3 GPRS數(shù)據(jù)傳輸試驗環(huán)境測試

在調(diào)試過程中，在串口參數(shù)設置欄內(nèi)顯示當前打開的串口參數(shù)，默認情況下是 COM1，波特率115 200，并且串口已經(jīng)打開，8位數(shù)據(jù)位，奇偶校驗可選，1位停止位[12]。Server：模擬實際應用中的數(shù)據(jù)中心，假設Server的IP地址為 202.118.76.201，在Server上運行Server Demo軟件，DEMO 軟件通過5001端口進行監(jiān)聽。PC：模擬串口設備使其用于數(shù)據(jù)采集，開啟串口調(diào)試工具。Server的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集PC發(fā)送數(shù)據(jù)，具體流程如圖11所示。

圖10 主程序梯形圖

圖11 發(fā)送數(shù)據(jù)具體流程

圖12 DEMO參數(shù)配置界面

具體設置如下：

1)DEMO 軟件在Server上運行，數(shù)據(jù)服務中心DEMO 程序在“啟動”后監(jiān)聽5001端口(也可以配置成其他端口)，DEMO參數(shù)配置界面如圖12所示。

2)對MODEM參數(shù)進行配置，222.76.128.204作為數(shù)據(jù)服務中心的 IP 地址，端口為 5001。

3)關閉MODEM 配置工具，運行串口測試程序，串口工具參數(shù)配置界面如圖13所示。

圖13 串口工具參數(shù)配置界面

4)確認可用于數(shù)據(jù)通信的SIM卡已經(jīng)插入MODEM中，確保MODEM正常工作，進行重新啟動。

5)MODEM與數(shù)據(jù)中心成功建立連接通過串口工具提示信息。

6)Server通過串口工具發(fā)送數(shù)據(jù)，接收到的數(shù)據(jù)在中心DEMO上顯示，確認數(shù)據(jù)中心通過串口工具能夠正確接收數(shù)據(jù)。

7)串口工具接收數(shù)據(jù)中心傳過來的數(shù)據(jù)。

6 結(jié) 語

通過PLC對區(qū)域溫度進行采集處理，通過接觸器控制工廠廠房熱風幕的開斷，進而達到實時控制廠房溫度的需求。同時，通過觸摸屏顯示工廠供暖的各個狀態(tài)，包括顯示溫度的高低、各個區(qū)域熱風幕的運行狀態(tài)等，利用GPRS模塊實現(xiàn)操作人員遠程監(jiān)控工廠廠房各個區(qū)域?qū)崟r溫度狀況的目的。

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PLCTemperatureControllingDeviceBasedonGPRSShortMessageServices

YANHong-kui,WANGSen,YANGXiu-min,SHAOLiang

(SchoolofAutomationEngineering,ShenyangInstituteofEngineering,Shenyang110136,LiaoningProvince)

Combined with the actual heating needs of the work workshop,the PLC temperature controlling device was designed to realize touching screen control by configuration visual interface including the overall structure of hardware and the selection of configuration software.PLC was used to control the closing of the hot air curtain instead of the traditional single chip microcomputer,and the accuracy of hot air curtain closing was improved under bad conditions especially. The GPRS short message function was realized through the software,including long-distance warning and data transmission and so on. The feasibility of applying this technology in the automation system had been proved.Realized by configuration software,it was better to realize the application of human-computer interaction visualization interface.Finally,the device was verified by field practice. The correct rate of temperature regulation,the function verification experiment of GPRS short message,the real-time processing of configuration and the correct rate of data receiving and sending were all up to 100%.

Temperature regulation;configuration;PLC;GPRS

TP274

A

1673-1603(2017)04-0364-06

(責任編輯魏靜敏校對張凱)

2017-07-27

遼寧省教育廳項目(L2015374)

閆鴻魁(1982-)，男，遼寧沈陽人，工程師,博士研究生。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2017.04.013