孟 磊

(太原市熱力公司東山分公司，山西 太原 030013)

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無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信在熱力站控制中的應(yīng)用

孟 磊

(太原市熱力公司東山分公司，山西 太原 030013)

以太原市熱力公司東山分公司的供熱區(qū)域?yàn)槔?，介紹了無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的定義及其優(yōu)缺點(diǎn)，闡述了其在熱力站控制中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，并分析了其在熱力站遠(yuǎn)程控制中的實(shí)際意義及優(yōu)缺點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

熱力站，無(wú)線通信，集中供熱，DTU

0 引言

目前我國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，尤其是中國(guó)北方城市，冬季的取暖與環(huán)境保護(hù)之間的矛盾日益突出，因此在城市供熱方式中主要使用集中供熱，其不僅可以有效的提高能源的利用率而且還可以節(jié)約能源，同時(shí)降低粉塵和空氣污染。

在集中供熱中熱源通常由大型燃煤或燃?xì)鉄嵩磸S和熱電廠等熱源提供，從熱源出來(lái)的高溫水經(jīng)由一次熱網(wǎng)管道進(jìn)入熱力站換熱器進(jìn)行二次換熱后提供給用戶供熱。熱力站內(nèi)的自控系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)站內(nèi)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)供熱溫度。站內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到自控系統(tǒng)中的PLC(Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器)，然后使用通訊線路或無(wú)線信號(hào)與中控室計(jì)算機(jī)連接，同時(shí)站內(nèi)的運(yùn)行參數(shù)傳回中控室進(jìn)行集中控制，對(duì)熱源進(jìn)行調(diào)配，更加有效的利用能源。

太原市熱力公司東山分公司的供熱區(qū)域?yàn)榻ㄔO(shè)路以東，東峰路以西，南至長(zhǎng)風(fēng)街北至北中環(huán)的范圍內(nèi)，覆蓋供熱面積約為1 500萬(wàn)m2，共建熱力站200余座，熱源主要為東山熱源廠內(nèi)3臺(tái)燃煤鍋爐和華能熱電廠所提供的熱源。熱力站自控系統(tǒng)的各項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)儀表參數(shù)和控制信號(hào)需要傳回分公司中控室進(jìn)行分析，并對(duì)熱力站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。熱力站最初使用有線連接，自行敷設(shè)專線和電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)與分公司中控室計(jì)算機(jī)通訊。在使用過(guò)程中，熱力站分布范圍廣，并且與中控室相距較遠(yuǎn)，專線線路情況復(fù)雜，信號(hào)經(jīng)常受到干擾或線路人為損壞斷線等情況，使用電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)，中控室與熱力站進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)撥號(hào)建立數(shù)據(jù)鏈路，并且中控室需要申請(qǐng)和熱力站數(shù)量相同的電話線，擴(kuò)展繁瑣不易維護(hù)，而且容易掉線，因此站內(nèi)自控系統(tǒng)與中控室控制系統(tǒng)連接非常不穩(wěn)定，造成熱力站自控系統(tǒng)離線，無(wú)法在遠(yuǎn)端查看站內(nèi)運(yùn)行參數(shù)且無(wú)法對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)法達(dá)到供熱網(wǎng)全面平衡調(diào)節(jié)對(duì)通訊系統(tǒng)的要求。

熱力站與中控室之間的通訊在城市集中供熱過(guò)程中是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此為解決站內(nèi)通訊問(wèn)題淘汰使用自行敷設(shè)專線和撥號(hào)上網(wǎng)落后的通訊方式，使用移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)作為通訊方式。

1 無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)介及其優(yōu)缺點(diǎn)

蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，即移動(dòng)通信，由于其信號(hào)所覆蓋的區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)小區(qū)，呈六邊形狀分布，也可以是其他形狀如正方形、多邊形等其他形狀。這些小區(qū)中都有對(duì)應(yīng)的基站發(fā)射與接收無(wú)線信號(hào)。移動(dòng)通信系統(tǒng)由第一代(1G)只能打電話的模擬系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在可以提供多種數(shù)據(jù)通信的數(shù)字式第四代(4G)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，而且已經(jīng)開(kāi)始向更加先進(jìn)的第五代(5G)通信系統(tǒng)邁進(jìn)。使用移動(dòng)通信系統(tǒng)作為通訊手段主要有以下幾個(gè)方面原因：

1)網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣且非常穩(wěn)定。

在中國(guó)有三大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商，分別是中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信。通信公司在中國(guó)各大小城市中基本上網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋，并且非常穩(wěn)定極少出現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中斷情況。通信公司各自獨(dú)立運(yùn)營(yíng)其移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，目前已經(jīng)發(fā)展到第四代移動(dòng)通訊系統(tǒng)(4G)，較之第二代移動(dòng)通訊系統(tǒng)(2G)所提供的帶寬有了很大的提高，但是由于4G網(wǎng)絡(luò)還處于發(fā)展和建設(shè)的階段，其覆蓋率和設(shè)備支持情況較2G網(wǎng)絡(luò)還有一定的差距。

2)GPRS(General Packet Radio Service)，通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)的簡(jiǎn)稱，是GSM移動(dòng)電話的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；CDMA(Code Division Multiple Acces)碼分多址，另一種移動(dòng)通信所使用的技術(shù)方式，具有信號(hào)好和安全性高的特點(diǎn)。無(wú)線移動(dòng)通信提供端到端的、廣域網(wǎng)的無(wú)線連接，以封包的方式來(lái)傳輸。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商收取費(fèi)用是按照具體傳輸內(nèi)容的多少計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜?？筛鶕?jù)實(shí)際情況選擇使用GPRS或CDMA其中一種作為通信方式。

3)使用第二代無(wú)線通信作為通訊方式完全滿足站內(nèi)通訊需要。

在國(guó)內(nèi)，移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)主要指的是移動(dòng)、聯(lián)通、電信所提三個(gè)公司所運(yùn)營(yíng)的GPRS,CDMA,TD-SCDMA,CDMA2000,WCDMA,TD-LTE,FDD-LTE等網(wǎng)絡(luò)，其中GPRS,CDMA屬于2G網(wǎng)絡(luò)；TD-SCDMA,CDMA2000,WCDMA屬于3G網(wǎng)絡(luò)；TD-LTE,FDD-LTE為4G網(wǎng)絡(luò)，其中數(shù)據(jù)傳輸速度2G<3G<4G，由于4G網(wǎng)絡(luò)還在發(fā)展建設(shè)當(dāng)中，其網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍沒(méi)有2G網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣。在實(shí)際使用中，熱力站與中控室通訊所發(fā)送數(shù)據(jù)容量很小，并不需要很大的帶寬，綜合考慮各方面故使用網(wǎng)絡(luò)覆蓋最廣和最成熟的第二代移動(dòng)通訊系統(tǒng)GPRS,CDMA網(wǎng)絡(luò)即可滿足站內(nèi)通訊需求。

4)提供多數(shù)設(shè)備同時(shí)在線，由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是面對(duì)公眾所使用的公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，其可提供數(shù)量龐大的設(shè)備同時(shí)在線，完全滿足熱力站未來(lái)的發(fā)展需求。

如表1所示為各通信公司所運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)能提供的理論和實(shí)際帶寬。

2 無(wú)線通信在熱力站控制中的實(shí)現(xiàn)過(guò)程

DTU(Data Transfer Unit)數(shù)據(jù)傳輸單元是構(gòu)成遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)通訊控制系統(tǒng)的重要設(shè)備，其主要作用就是為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的串口設(shè)備與遠(yuǎn)程中控室控制電腦之間建立數(shù)據(jù)通道。DTU提供串行數(shù)據(jù)接口，站內(nèi)的設(shè)備如溫度變送器，壓力變送器，電動(dòng)控制閥等換熱站內(nèi)的設(shè)備連接到自控設(shè)備PLC，然后PLC通過(guò)DTU的串口與運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入Internet(國(guó)際互聯(lián)網(wǎng))。中控室控制主機(jī)需要架設(shè)一條專線連接至Internet。因?yàn)橹锌厥倚枰邮账袩崃φ景l(fā)出的數(shù)據(jù)并下達(dá)指令，為保證傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)不至于擁堵，所以無(wú)法繼續(xù)使用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。由于中控室的控制主機(jī)和站內(nèi)自控系統(tǒng)同時(shí)接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而可以實(shí)現(xiàn)熱力站的遠(yuǎn)程控制。

表1 各通信公司所運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)能提供的理論和實(shí)際帶寬

DTU的內(nèi)部封裝了TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議)協(xié)議，并且具有嵌入式操作系統(tǒng)，從硬件上，它可看作是一臺(tái)嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與無(wú)線GPRS或CDMA Modem(調(diào)制解調(diào)器)的結(jié)合，它同時(shí)具有撥號(hào)上網(wǎng)以及通過(guò)TCP/IP協(xié)議數(shù)據(jù)通信的功能。DTU提供了串行通信接口RS232等常用的串行通信方式，并且DTU使用“透明轉(zhuǎn)換”的方式傳輸串口數(shù)據(jù)，通俗的講，通過(guò)DTU可以將串口上接收到的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成TCP/IP數(shù)據(jù)打包進(jìn)行傳送，不需要改變?cè)械臄?shù)據(jù)內(nèi)容，中間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收過(guò)程就像透明不存在一樣。因此，DTU可以和多種使用串口RS232的通信設(shè)備進(jìn)行連接，而且不需要對(duì)站內(nèi)原有設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，只需添加通訊設(shè)備DTU即可完成熱力站改造，方便快捷節(jié)省費(fèi)用。

GPRS,CDMA第二代通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)之一就是支持終端設(shè)備永久在線。DTU上電自動(dòng)開(kāi)始撥號(hào)上網(wǎng)，其采用心跳包的方式保持永久在線。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有數(shù)據(jù)通信時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將斷開(kāi)與DTU的連接，心跳包就是DTU與中控室數(shù)據(jù)中心在連接被斷開(kāi)前按照一設(shè)定好的間隔發(fā)送一個(gè)小數(shù)據(jù)包，以保持連接不被斷開(kāi)，并且當(dāng)數(shù)據(jù)鏈路斷開(kāi)時(shí)可以自動(dòng)重連、自動(dòng)重?fù)芴?hào)，確保設(shè)備永久在線。

圖1為DTU的工作流程。

在中控室的改造當(dāng)中，原來(lái)的控制計(jì)算機(jī)需要連接到Internet網(wǎng)絡(luò)，通常情況下，凡具有網(wǎng)絡(luò)接入的且可以上互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境，都可以成為中控室架設(shè)服務(wù)器。在這里可以向移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商申請(qǐng)一條具有固定IP(Internet Protocol Address，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址)地址的數(shù)據(jù)專線，建立物理連接。監(jiān)控組態(tài)軟件的通訊模塊可以根據(jù)情況使用TCP(Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議)或UDP(User Datagram Protocol，用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通訊，也可以是讀取串口的軟件，都可以與DTU連接，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。

3 無(wú)線移動(dòng)通信在熱力站遠(yuǎn)程控制中的實(shí)際意義及優(yōu)點(diǎn)

1)信號(hào)穩(wěn)定，通過(guò)使用DTU替代過(guò)去使用有線的通訊方式，有效的解決站內(nèi)通訊不穩(wěn)定和斷網(wǎng)的問(wèn)題；

2)無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，省去布線等環(huán)節(jié)，可以有效的減少資金投入，降低站內(nèi)運(yùn)營(yíng)成本；

3)數(shù)據(jù)傳輸帶寬高，現(xiàn)階段無(wú)線移動(dòng)通信提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬可以很好的滿足熱力站通訊所需，同時(shí)無(wú)線移動(dòng)通信發(fā)展迅速，更快的4G無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在逐漸的普及當(dāng)中，不僅網(wǎng)絡(luò)速度會(huì)更快，而且使用費(fèi)用會(huì)越來(lái)越低；

4)良好的實(shí)時(shí)響應(yīng)與處理能力，由于無(wú)線移動(dòng)通信實(shí)時(shí)在線，滿足熱力站進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊；

5)站內(nèi)改造方便，通過(guò)使用GPRS DTU通訊設(shè)備，不需要對(duì)原有自控系統(tǒng)進(jìn)行改動(dòng)，只需添加通訊設(shè)備DTU與PLC進(jìn)行連接即可完成站內(nèi)改造，省去改造自控系統(tǒng)和線路的環(huán)節(jié)，有效的節(jié)省改造費(fèi)用；

6)網(wǎng)絡(luò)支持的設(shè)備總體數(shù)量多，即無(wú)線移動(dòng)通信所提供很多設(shè)備同時(shí)在線，可以滿足站內(nèi)大規(guī)模通訊需要。

4 無(wú)線移動(dòng)通訊的不足之處

由無(wú)線電波的特性可知，電磁波容易受干擾，某些情況下電磁波無(wú)法穿透一些物體，如金屬，鋼筋混凝土的墻壁等，因此移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)也有網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋到的情況，可以向通信服務(wù)商申請(qǐng)安裝信號(hào)放大器進(jìn)行解決，同時(shí)淘汰落后的電話撥號(hào)網(wǎng)絡(luò)，升級(jí)為光纖固定寬帶，無(wú)線和有線通信相結(jié)合，使站內(nèi)的通訊更加暢通。

On application of wireless network communication in thermal power station control

Meng Lei

(DongshanBranch,TaiyuanThermalPowerCompany,Taiyuan030013,China)

Taking the heat-supply regions by Dongshan Branch in Taiyuan Thermal Power Company as the example, the paper introduces the definition of the wireless mobile communication system, illustrates the realization of the control in the thermal power station, and analyzes the significance in the remote control, advantages and disadvantages, so as to realize the energy-saving and consumption reduction.

thermal power station, wireless communication, central heat-supply, DTU

1009-6825(2017)17-0117-02

2017-03-21

孟 磊(1983- )，男，助理工程師

TU995

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