薛冬晨，魯紹軍，郭彩霞

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，信息化系統(tǒng)的移動化需求越發(fā)強烈，在人員大幅減少的條件下，需要設(shè)備系統(tǒng)向智能化邁進。冶金企業(yè)排水管線較長，每天操作人員需乘車進行巡檢、操作，大部分重要區(qū)域已實現(xiàn)PLC 控制，對于操作頻率不高、操作精度要求不高、位置偏遠且未接入PLC 的閥門仍需崗位人員進行現(xiàn)場操作，為減輕操作負擔(dān)，確保安全，尋求最優(yōu)解決方案，設(shè)計一種基于數(shù)傳電臺的閥門無線遙控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)與現(xiàn)場電動調(diào)節(jié)閥之間的控制及反饋，通過4～20 mA 電流信號控制現(xiàn)場閥門，包括控制信號和閥位反饋信，基于數(shù)傳電臺技術(shù)，通過無線發(fā)射裝置、無線接收裝置，構(gòu)成一個遠程控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)對遠程電動設(shè)備的控制。

以單臺閥門設(shè)備為例，現(xiàn)場設(shè)備接入智能無線數(shù)傳機ZNWP-01，當(dāng)需要控制現(xiàn)場設(shè)備時，從計算機給定閥位，通過信號隔離轉(zhuǎn)換器將信號傳遞給智能無線數(shù)傳機，智能無線數(shù)傳機設(shè)發(fā)射、接收端，接收端將接收的數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為4～20 mA信號輸出給調(diào)節(jié)閥；反饋信號用硬線送到模擬量輸入端，反饋信號經(jīng)過處理轉(zhuǎn)換后由無線電臺發(fā)送到遠程主站，經(jīng)信號隔離轉(zhuǎn)換器傳遞給上位機［1］。電動調(diào)節(jié)閥無線遙控系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1 電動調(diào)節(jié)閥無線遙控系統(tǒng)示意圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)獨立占用一個計算機串口，在計算機上加裝控制軟件。另需增加智能無線數(shù)傳機一對。遠程測控分站一個，遠程通信隔離轉(zhuǎn)換器一個。

本系統(tǒng)分兩個子系統(tǒng)構(gòu)成：（1）監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)：設(shè)置在監(jiān)測區(qū)域，探測節(jié)點上的傳感器定時采集現(xiàn)場閥門閥位，向TransNET 節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)，將模擬信號傳給信號隔離采集器、信號隔離轉(zhuǎn)換器，經(jīng)RS232接口與無線傳輸模塊相連，通過數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到無線網(wǎng)絡(luò)。（2）上位機，測控中心的TransNET 網(wǎng)絡(luò)通過全向天線接收來自現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，通過RS232 接口與上位機連接，測控中心服務(wù)器接收到網(wǎng)絡(luò)終端傳來的連接申請，先進行認證，認證通過后接受傳來的數(shù)據(jù)并進行處理。數(shù)據(jù)接收和處理由上位機軟件進行管理［2］。

3 硬件配置

無線傳輸系統(tǒng)采用的是“集中管理-分散監(jiān)測”，集散式報警監(jiān)控系統(tǒng)由中央管理工作站（終端監(jiān)控）、無線通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端、現(xiàn)場閥門控制器等組成。

系統(tǒng)中有一臺工業(yè)計算機放在管理中心，設(shè)置一臺主站，與現(xiàn)場分站通訊，負責(zé)采集現(xiàn)場閥門信號傳送到主站。

3.1 數(shù)據(jù)采集部分

數(shù)據(jù)采集部分由信號隔離采集器和信號隔離轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。

信號隔離采集器需要直流24 V 供電，具有模擬量采集功能，可以16路信號隔離采集。把閥位檢測輸出的4～20 mA信號接到該采集器的輸入端，提供給RS485通訊接口，可以實時采集閥位信號。

轉(zhuǎn)換器由直流24 V 供電，該轉(zhuǎn)換器負責(zé)把RS485 信號轉(zhuǎn)換成RS232 信號，目的是與主站連接，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的傳輸。

3.2 隔離凈化電源

隔離凈化電源的作用是讓控制設(shè)備、變流設(shè)備和其它裝置與供電系統(tǒng)隔離，獨立工作。外部提供的220 V 交流電，易受外界電磁干擾，造成供電系統(tǒng)波動，經(jīng)過隔離凈化電源后，可以濾掉干擾，提供輸出干凈的直流24 V 電源，從而提高設(shè)備的安全和穩(wěn)定性。凈化后的直流24 V 電源輸入到直流分配器，被分為16 路電源信號，每一路都獨立輸出直流24 V。

3.3 無線傳輸系統(tǒng)

無線傳輸系統(tǒng)采用的是“集中管理-分散監(jiān)測”，采用MDS900 電臺，該電臺具備跳頻擴頻功能，傳輸距離可達到35 km，抗干擾能力強，實時采集現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)。MDS TransNET 900 是專業(yè)的數(shù)傳電臺，工作于900～1 000 MHz 頻段，可以實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的點對多點通信，它的特點在于長距離、穩(wěn)定、可靠。全雙工的工作模式，采用先進的擴頻跳頻技術(shù)，采用了DSP 芯片，具有信道編碼，前向糾錯功能。運用了CPFSK 數(shù)字調(diào)制方式，相干解調(diào)，均衡軟判決等技術(shù)，大大提高了設(shè)備增益，產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、抗干擾性，傳輸速率遠遠超過普通數(shù)傳臺。設(shè)備本身為用戶提供一個115.2 K的串口，串口RS-232/RS-485 可選，本設(shè)計由串口RS-232接入。

3.4 全向天線

在水平方向圖上表現(xiàn)為360°都均勻輻射，在垂直方向圖上表現(xiàn)為有一定寬度的波束，一般情況下波瓣寬度越小，增益越大。全向天線在移動通信系統(tǒng)中一般應(yīng)用于郊縣大區(qū)制的站型，覆蓋范圍大［3］。全向天線可以接受來自各個角度的信號并向各個角度發(fā)射信號，應(yīng)用范圍廣泛，大部分無線產(chǎn)品都是將全向天線作為設(shè)備上的標(biāo)準配置。全向天線在各個方向上的延伸性是一樣的，這些信號疊加后最終組成了一個以天線為球心的球體。

3.5 上位監(jiān)控系統(tǒng)

由一臺主機來接收MDS900 主站提供的數(shù)據(jù)，通過RS232接入主機，監(jiān)測閥門檢測點、輸出閥位窗口、實時閥位數(shù)據(jù)反饋、人機界面、與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。

4 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件基于WINDOWS 平臺，界面采用動態(tài)畫面和區(qū)域圖動態(tài)畫面，人機界面友好，功能強大，管理人員借助監(jiān)控系統(tǒng)軟件，通過區(qū)域圖界面遠程操作并觀察閥位。如圖2所示。

圖2 閥門遠程控制系統(tǒng)軟件基本結(jié)構(gòu)

由圖2可知，設(shè)置界面菜單有兩個二級菜單，分別是：安裝地點名稱設(shè)置、串口設(shè)置。

安裝地點名稱設(shè)置是閥門所在管網(wǎng)地理位置名稱；串口設(shè)置是接收或發(fā)送無線裝置的RS232 口設(shè)置。

實時顯示界面顯示給定數(shù)值和閥位反饋數(shù)值。操作人員能夠從遠程操作閥門，并觀察閥位運行狀態(tài)，節(jié)約時間、節(jié)省人力、保證排水系統(tǒng)正常運行［4］。

遠程監(jiān)控站是專用的監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

（1）實時性——現(xiàn)場的氣體檢測數(shù)據(jù)能實時發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器，每秒采集一次現(xiàn)場數(shù)據(jù)，每2 s對整個管網(wǎng)所有閥門實現(xiàn)一次數(shù)據(jù)采集。

（2）實用性——操作方便，便于維護、更新、管理。

（3）應(yīng)急性——可遠程操作，便于應(yīng)急指揮。

（4）安全性——有歷史數(shù)據(jù)，便于事后分析，查找隱患、規(guī)避風(fēng)險；代替人員手動操作。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)采用跳頻電臺無線網(wǎng)絡(luò)，把廠區(qū)內(nèi)連續(xù)性要求不高且距離偏遠、操作不頻繁的閥門進行遠程控制，結(jié)構(gòu)簡單、可靠性較強、精度高、實時性強，可以有效節(jié)省人力物力，節(jié)約在線控制設(shè)備費用，節(jié)省了敷設(shè)控制線纜的材料及施工費用。該系統(tǒng)的投入使用，改變了以往依靠人工驅(qū)車進行手動操作的管理管理模式，實現(xiàn)了閥門控制系統(tǒng)集中監(jiān)控，極大的提高了管道區(qū)域生產(chǎn)管理水平，改善了生產(chǎn)管理模式。對于此類位置偏遠、附近無PLC 等控制設(shè)備的閥門操作具有較大的實用價值。