張靜波

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州，450001）

0 引言

當前，在工業(yè)行業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，往往需要用到大量傳感器或者變送器對現(xiàn)場溫度、壓力、差壓、液位、流量等工況進行監(jiān)測，中央控制總臺與這些傳感器或變送器之間大多采用有線通訊方式，然而，經常性會遇到需要監(jiān)測的現(xiàn)場區(qū)域位置復雜，設備安裝困難或距離中央控制室很遠,信號產生衰減等問題。

隨著無線電技術的發(fā)展，應用無線電技術已經可以用來傳遞數(shù)據、聲音、圖像等，其通訊功能得到了越來越多的應用，例如在一些危險性比較高的場所，應用無線技術可以讓工程人員在安全區(qū)域內監(jiān)視或者控制系統(tǒng)的運行情況；在一些不便于進行布線的場所，也可以應用無線電技術來解決信號傳輸問題。

在西方工業(yè)國家中，無線電技術早就被用來解決在實際過程中遇到的問題，典型的應用集中在供水網、供熱網、采油井等遠距離組網的工業(yè)領域內。它們通常是通過無線電臺在兩地之間起數(shù)據、信號傳輸?shù)淖饔?，屬于點對點或一點對多點無線電應用技術。

筆者曾經在某國際供水工程項目上接觸過該類型無線電技術的應用，結合這個工程對無線電技術的應用特點，在此做一些簡單介紹。

1 系統(tǒng)概述

該供水工程項目電氣控制系統(tǒng)由兩大部分組成：

（1）中央控制室主站電氣控制部分：安裝有電源進線柜、PLC柜、數(shù)傳電臺、天線等，其中PLC柜是整個系統(tǒng)的控制核心，它通過無線電的方式與各個水井泵站構成通訊，使各個水井泵站根據水塔水位由PLC控制自動向水塔內供水。

它具有三種操作方式：①就地控制操作方式；②集中控制操作方式；③自動控制操作方式；

（2）各水井泵站電氣控制部分：安裝有電源進線柜、水泵電氣控制柜、PLC柜、數(shù)傳電臺、天線等。每個分泵站通過電臺與主控制室PLC柜進行通訊，將現(xiàn)場水泵的運行狀態(tài)向控制主站進行發(fā)送，然后接收控制主站發(fā)出的各種指令，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無線控制功能。它具有兩種操作方式：①就地控制操作方式，②遠方控制操作方式。

2 系統(tǒng)構成

■2.1 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)分為三層，分別是：控制室主站、控制層和設備層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成圖

（1）控制室主站

控制室主站是整個系統(tǒng)的控制核心，用來接收六個水井泵站的工作狀態(tài)，并向各個泵站發(fā)出各種操作指令。它由可編程控制器（PLC）、數(shù)傳電臺和定向天線構成。信號從數(shù)傳電臺到達天線，然后天線將信號作為一系列電磁波信號發(fā)射到空中。信號通過空中傳播。在各水井泵站，另一個天線接收信號，通過一個接收器將它轉換回適合PLC處理的信號，如圖2所示。

圖2 控制室主站

（2）控制層

控制層是由各個水井泵站分站構成，可根據控制室主站發(fā)來的各種指令來運行設備，并向控制室主站發(fā)送設備當前的運行狀態(tài)。它也是由可編程控制器（PLC）、數(shù)傳電臺、和定向天線構成，與控制室主站的組成方式一樣。其中數(shù)傳電臺用于數(shù)據的發(fā)送和接收。

（3）設備層

設備層由現(xiàn)場設備、各種儀表、傳感器、變送器執(zhí)行器、繼電器、控制器（例如交流接觸器）等構成。其中傳感器、變送器用來收集數(shù)據。

■2.2 通訊原理

在控制方式處于自動控制狀態(tài)時，控制室主站PLC接收來自水塔水位傳感器傳來的通過A/D轉換器傳來的水位信號。根據水塔水位的高低，PLC依據事先編好的程序，據此判斷需要啟動水泵的數(shù)量或者需要停止運行水泵的數(shù)量、以及計劃啟動哪些水泵或者停止運行哪些水泵，確保系統(tǒng)能安全可靠運行。PLC的數(shù)據接口為RS485，數(shù)傳電臺的數(shù)據接口也為RS485，這樣，在PLC做出判斷后，把相應的指令信號傳輸?shù)綌?shù)傳電臺，然后，由數(shù)傳電臺把該指令信號轉換為無線電信號，通過天線傳送到相應的水井泵站（如圖3）。

圖3 通訊原理

相應的水井泵站天線在接收到來自控制室主站傳來的信號后，由數(shù)傳電臺轉換該無線電信號后傳送到PLC，PLC發(fā)出執(zhí)行指令，通過繼電器、交流接觸器等執(zhí)行元件后，啟動或者停止運行水泵；與上述原理相同，通過數(shù)傳電臺、天線對無線電信號的傳輸，還可以在控制室主站上顯示如下信號：

（1）各個水井泵站的運行狀態(tài)顯示：各水井泵站處于運行狀態(tài)或者停止狀態(tài)；

（2）各個水井泵房的操作狀態(tài)指示：能夠對各個水井泵房的操作狀態(tài)進行顯示，判斷水泵是處于就地操作還是在遠方操作狀態(tài)，以便操作人員根據水井泵房的當前狀態(tài)來進行操作。

（3）各個水井泵站故障狀態(tài)顯示：如過流、過載、電機超溫、水泵干轉等，可及時地在控制室PLC柜上進行顯示。

（4）對各水井泵房實施集中控制：實現(xiàn)在控制室主站PLC柜上對各個水井泵站的集中控制。

3 系統(tǒng)網絡通訊數(shù)據設置

無線通信是利用電波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式，簡單講，無線通信是僅利用電磁波而不通過線纜進行的通信方式，故此，在滿足上述設備配置之后，控制層與主控制室之間可以采用無線電通訊方式進行數(shù)據交換：

在該供水項目，根據實際情況，我們選擇了日精230MHz ND250A專業(yè)數(shù)傳電臺、及OMRON SYSMAC CP1H可編程控制器（PLC），一些通訊數(shù)據如下：

①通訊頻率：227.225MHz；②波特率：1200bps；③數(shù)據位：8；④停止位：1；⑤奇偶位：Even ；⑥通訊接口：RS485；⑦模擬量信號均采用國際標準的4～20mA制式；⑧數(shù)字量輸入信號通過隔離后送入可編程序控制器；⑨可編程的數(shù)字量輸出信號通過繼電器轉換與現(xiàn)場設備連接.

4 該類型無線電應用方式的優(yōu)缺點

大體上而言，與傳統(tǒng)的有線網絡相比，無線傳輸具有許多優(yōu)點?；蛟S最重要的是它比較靈活、易于擴展、安裝方便、節(jié)約成本。正是由于無線信號是隨電磁波通過空氣傳輸?shù)?，無線信號可以從一個發(fā)射器發(fā)出到許多接收器而不需要電纜。

然而，正是由于此種傳播方式，它也存在一些缺點：首先是安全性問題。由于數(shù)據信號是通過電磁波傳播，所以很容易被截獲而不像有線網絡是通過專門的線路傳播，不易隨便的獲得數(shù)據；其次，因為無線電波是在一定的頻段上傳播的，所以如果有兩個設備的發(fā)射信號頻段相同，那么這兩個信號就會相互干擾，造成數(shù)據傳輸?shù)腻e誤；再則，這種做法功能單一（只能實現(xiàn)點到點或者一點對多點的連接）、安全性低、且必須專門編程實現(xiàn)通訊。

5 結束語

綜上所述，隨著科學技術的發(fā)展，隨著無線電技術的日新月異，其弊端逐漸被克服，無線電技術為電氣自動控制領域提供了更多新的選擇方案。其技術方案越來越大大節(jié)約勞動成本，數(shù)據收集、傳輸、分析的能力越來越快越強，運行越來越穩(wěn)定可靠，相信其應用將會越來越廣泛。