基于DTU和GPRS技術(shù)的無線系統(tǒng)在陶瓷過濾機(jī)上的運(yùn)用

鄧 磊

（云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南 文山 663700）

陶瓷過濾機(jī)是集機(jī)電、微孔陶瓷板、自動化控制、超聲波清洗等高新技術(shù)于一體的一種新型的固液分離的設(shè)備，本文基于TT系列陶瓷過濾機(jī)的工作原理，通過給陶瓷加裝DTU無線數(shù)據(jù)模塊，PLC數(shù)據(jù)能夠通過DTU經(jīng)過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳到手機(jī)終端或者傳到路由器被數(shù)據(jù)采集中心采集之后存于數(shù)據(jù)庫中，同時也可以通過PC機(jī)或者手機(jī)終端發(fā)送請求，經(jīng)過DTU傳送給設(shè)備PLC，進(jìn)而改變PLC程序以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多種運(yùn)行方式。

1 DTU和GPRS技術(shù)

1.1 DTU

DTU(Data Transfer unit)數(shù)據(jù)傳輸單元,是專門用于將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或?qū)P數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送的無線終端設(shè)備。

1.2 GPRS技術(shù)

GPRS是通用分組無線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service)的英文簡稱，是在現(xiàn)有GSM（全球移動通訊系統(tǒng)）系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為GSM用戶提供分組形式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

GPRS理論帶寬可達(dá)171.2Kbps，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在10Kbps～70Kbps，在此信道上提供TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議）連接，可以用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用。

2 系統(tǒng)概述

TT型陶瓷過濾機(jī)由自動控制系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)、反沖洗、酸洗、配酸、真空、氣路、攪拌、超聲波等裝置組成。

TT型陶瓷過濾機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示由以下八個部分組成：現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集（主軸電機(jī)、攪拌電機(jī)、液位計(jì)、電接點(diǎn)壓力表、壓力變送器等）部分、PLC控制中心、DTU無線數(shù)據(jù)通訊模塊、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸部分、路由器、數(shù)據(jù)采集中心、手機(jī)接收和發(fā)送終端、便攜電腦。

圖1 陶瓷過濾機(jī)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2.1 硬件配置

PLC模塊一塊（本例選用K7M-DR40U）、發(fā)射和接收端DTU無線數(shù)據(jù)傳輸終端（本例選用CM 350P GSM DTU）一塊、路由器一臺（任選）、計(jì)算機(jī)一臺、開通APN(Access Point Name接入點(diǎn))專網(wǎng)業(yè)務(wù)的手機(jī)卡2張、手機(jī)一部（任選）。

2.2 方案簡介

PLC通過RS232/485接口把所需數(shù)據(jù)發(fā)送到DTU無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，然后DTU無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端路由器，數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集中心采集之后存于數(shù)據(jù)庫中，所有數(shù)據(jù)傳輸方式為雙向傳輸方式，數(shù)據(jù)采集中心可以通過同樣的路線把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC中進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的變更。同時也可以以手機(jī)作為操作終端快捷處理PLC傳送過來的設(shè)備數(shù)據(jù)，并通過手機(jī)終端發(fā)送請求，經(jīng)DTU傳送給設(shè)備PLC，進(jìn)而改變PLC程序以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的多種運(yùn)行方式。

2.3 各部分功能

PLC：對現(xiàn)場主軸電機(jī)等各設(shè)備的故障信號、壓力、流量、液位信號、設(shè)備故障報(bào)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，把設(shè)備運(yùn)行信息數(shù)據(jù)通過RS232/RS485串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至DTU模塊，接收DTU模塊傳回的請求數(shù)據(jù)并處理。

GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分：數(shù)據(jù)經(jīng)過DTU模塊發(fā)送到中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)中，然后再經(jīng)過Internet，最后在數(shù)據(jù)中心通過ADSL（非對稱數(shù)據(jù)環(huán)路）進(jìn)行接收，數(shù)據(jù)中心路由器收到據(jù)被數(shù)據(jù)采集中心采集然后存儲數(shù)據(jù)庫中。同時也可以以短信的方式發(fā)送至手機(jī)終端，以便快捷實(shí)時知道設(shè)備信息，所有GPRS數(shù)據(jù)傳輸皆可雙向傳輸，數(shù)據(jù)采集中心和手機(jī)終端也可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向設(shè)備PLC發(fā)送請求指令。

DTU：DTU模塊數(shù)據(jù)傳輸時雙向的，向數(shù)據(jù)采集中心或者手機(jī)終端送數(shù)據(jù)信息的同時，也直接向下位機(jī)（PLC）發(fā)送請求指令。

數(shù)據(jù)采集中心：實(shí)時監(jiān)測包括壓力、液位、料位及所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等；分析收集回來的設(shè)備信息數(shù)據(jù)，便根據(jù)趨勢圖向下位機(jī)發(fā)送請求；可直接使用Excel編制報(bào)表，借助Excel的強(qiáng)大功能，對采集到的數(shù)據(jù)編制出各種報(bào)表；對重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設(shè)備進(jìn)行的操作、時間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)值等，以利于進(jìn)行管理及事故分析。

手機(jī)終端：接收設(shè)備報(bào)警和請求信息；向外發(fā)送下位機(jī)發(fā)送請求數(shù)據(jù)。以便方便、快捷、實(shí)時處理信息。

便攜電腦：配置DTU參數(shù)；配置PLC參數(shù)以及編寫PLC程序；調(diào)試。

3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要是通過DTU模塊和移動公司網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)來完成對上位機(jī)數(shù)據(jù)采集中心及手機(jī)終端的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，同時也對下位機(jī)（PLC）的進(jìn)行通訊。主要參數(shù)配置如下。

圖2 DTU參數(shù)配置圖

3.1 DTU模塊參數(shù)配置

①采用移動公司APN（訪問結(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)）專線訪問方式。②數(shù)據(jù)發(fā)送目的地，即數(shù)據(jù)中心服務(wù)器或者路由器的IP地址或者域名。③與下位機(jī)（PLC）的接口參數(shù)設(shè)置，包括串口波特率、串口停止位、串口奇偶校驗(yàn)、串口數(shù)據(jù)位、串口流控制、工作模式、對端手機(jī)號碼等各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置。

3.2 PLC模塊參數(shù)配置

PLC的參數(shù)應(yīng)與DTU參數(shù)匹配，具體包括站號、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位等各參數(shù)設(shè)置。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

4.1 功能實(shí)現(xiàn)

該設(shè)備中，運(yùn)用PLC中央處理器及DTU無線數(shù)據(jù)通訊模塊能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備以下功能：設(shè)備故障報(bào)警信息；設(shè)備管路產(chǎn)水流量、壓力、酸位、料位等信號的采集；各用電設(shè)備參數(shù)更改。

（1）設(shè)備故障及報(bào)警。主軸電機(jī)、攪拌電機(jī)、真空泵各設(shè)備發(fā)生故障都將引起設(shè)備故障，表現(xiàn)在設(shè)備異常燈閃爍。

設(shè)備故障之后，主軸電機(jī)、攪拌電機(jī)將停止工作，直至解除設(shè)備故障。此時PLC將設(shè)備故障信息發(fā)送DTU經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送至數(shù)據(jù)采集中心，以便設(shè)備維護(hù)人員快速解決設(shè)備問題。

（2）數(shù)據(jù)采集。根據(jù)數(shù)據(jù)采集中心采集到設(shè)備管路產(chǎn)水流量、壓力、酸位、料位信號等各項(xiàng)實(shí)測數(shù)據(jù)，然后再數(shù)據(jù)采集中進(jìn)行分析，得出當(dāng)前設(shè)備主軸電機(jī)、攪拌電機(jī)、真空泵等的工作狀態(tài)，然后根據(jù)實(shí)際情況，有數(shù)據(jù)采集中心計(jì)算過GPRS網(wǎng)絡(luò)向下位機(jī)PLC發(fā)送請求，通過改變PLC程序以實(shí)現(xiàn)設(shè)備最合理化工作模式。具體改變程序有兩種方法，一是根據(jù)需要調(diào)用預(yù)先編寫好能實(shí)現(xiàn)不同工作模式的各段程序；而是具體針對每一參數(shù)進(jìn)行更改，比如，壓力變送器的壓力值范圍，料位、酸位高度等。

以上所說報(bào)警及更改參數(shù)等功能，除了能數(shù)據(jù)采集中心處理之外，還可以運(yùn)用手機(jī)終端進(jìn)行快捷處理。

4.2 手機(jī)變更程序

而對于更改PLC程序，則采用一問一答輸入密碼方式進(jìn)行更改。例如，手機(jī)終端發(fā)送“QQBGCX”(請求變更程序)或者“QQBGCS”(請求變更參數(shù))幾個字符給PLC，PLC回復(fù)“請輸入密碼”，手機(jī)終端再給PLC發(fā)送程序設(shè)計(jì)人員預(yù)先設(shè)計(jì)好的密碼，密碼正確之后，PLC給手機(jī)回復(fù)“密碼正確，請輸入需更改的程序（參數(shù)）”，最后再發(fā)送所需更改的程序段或者參數(shù)給設(shè)備PLC，就完成了手機(jī)終端對下位機(jī)PLC程序更改的操作。流程如圖3。

圖3 手機(jī)變更程序流程圖

5 程序編制

本系統(tǒng)所選用PLC具有能高速處理、通過內(nèi)置PID控制功能、具有豐富的指令集及函數(shù)庫等多種優(yōu)點(diǎn)，方便用戶能夠以簡潔的程序?qū)崿F(xiàn)各種功能。

5.1 運(yùn)行程序

運(yùn)行程序即為滿足既定動作要求，其中包括主軸電機(jī)、攪拌電機(jī)、真空泵等的運(yùn)行狀態(tài)；壓力信號、料位信號、酸位信號等的采集；設(shè)備故障報(bào)警信息等。例如圖4為主軸電機(jī)PLC程序。

圖4 主軸電機(jī)運(yùn)行PLC程序

5.2 報(bào)警程序

（1）設(shè)備故障

攪拌電機(jī)、主軸電機(jī)、真空泵的任意一個設(shè)備發(fā)生故障都將引起設(shè)備故障，其對應(yīng)的報(bào)警擴(kuò)展模塊上的輸出指示燈也將常亮。

（2）液位、壓力異常

當(dāng)液位持續(xù)處于高液位之上或者低液位之下，液位異常報(bào)警。液位異常報(bào)警之后，如果液位恢復(fù)正常將自動解除報(bào)警，否則將持續(xù)報(bào)警。壓力異常輸入點(diǎn)持續(xù)輸入10秒之后，壓力異常報(bào)警。壓力異常報(bào)警之后，如果壓力恢復(fù)正常將自動解除報(bào)警，否則將持續(xù)報(bào)警。壓力異常報(bào)警之后，真空泵停止工作。

圖5 液位異常報(bào)警PLC程序

以上所有程序中所用到的字符，均應(yīng)轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制的ASCII值，否則PLC無法識別。

6 結(jié)語

此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在TT型陶瓷過濾機(jī)處理系統(tǒng)上，方便設(shè)備監(jiān)視管理、運(yùn)行管理、生產(chǎn)操作，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好、安全可靠，能實(shí)時了解設(shè)備運(yùn)行信息，特別是采用PC機(jī)和手機(jī)終端兩種方式，大大提高了設(shè)備的自動化程度，降低了系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理成本，使陶瓷過濾機(jī)的管理和運(yùn)行水平上了一個新臺階，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。