熱網監控工程ADSL網絡與PLC通訊方案

一、 概述
按照新一輪城市建設和經濟發展規劃，城市建設和經濟發展對優化城市能源結構提出了更高的要求。而推行熱電聯產、城市集中供熱，是解決城市能源結構和環境污染問題的有效措施，充分體現節約能源、保護環境，提高能源利用效率、企業經濟效益和社會效益的最佳途徑。所以既有利于節約能源，又有利于提高熱電企業的經濟效益和社會環境效益，給熱電企業的發展創造了更加廣闊的前景。
隨著熱用戶的不斷增加，熱用量不斷的加大，而怎樣才能更好，更有效的對整個熱網管道，熱用戶計量進行管理呢？利用遠程監測，對整個熱網管道，儀表進行跟蹤監控，不僅可以全面掌握整個熱網管線供熱狀態，還能快速、準確地反映儀表故障報警信息，方便維護人員及時查修，這樣不僅節省大量的人力、物力，而且極大的提高了熱網的現代化管理水平。城市熱網監控作為數字化城市的一個方面，已顯示出越來越重要的作用。
二、 需求：
將下屬的16個分站的數據傳遞到中央數據中心，由于數據中心與各分站之間已經建立了 ADSL視頻網絡，因此針對本項目，借用原有的ADSL網絡進行數據通訊是最具性價比的方式。同時，由于系統以后需要根據需求擴展，要求對系統的開放性、可維護性和擴展性給予充分考慮。
三、 系統設計原則
1．安全可靠穩定性原則
系統的安全可靠運行起著十分關鍵的作用，因此在系統建設過程中，將系統的安全可靠性穩定性作為設計的首選原則
2．開放性原則
堅持開放行原則，為今后系統的升級擴展維護和二次開放過程提供較大的靈活性
3．技術先進性原則
保證系統的先進性，只有這樣，系統才能經受實際的考驗，保證不會被淘汰
4．經濟性原則
經濟性原則不僅體現在設計過程中，而且會為系統今后的維護降低成本
5．操作維護簡單原則
系統不僅要功能完善，而且應該操作簡單，維護方便，這會為使用人員帶來很多操作的方便性 6．可擴展性原則
為了使系統具有一定的應變能力，可以方便的修改和靈活的擴充，應使系統保證一定的可伸縮性
四、 系統概述
系統主要由力控監控軟件、MOXA串口聯網服務器和凱迪恩 PLC構成，這種方式的主要特點是結構分散、開放性好、穩定性強、性價比高并且擴展容易。力控軟件主要負責數據采集、通訊處理、人機界面和WEB發布等工作；串口聯網服務器負責將PLC的串口通訊轉為以太網通訊，并將數據通過ADSL網絡傳遞給力控軟件；凱迪恩 PLC負責現場儀表和設備的通訊及數據采集和控制。主要工作方式：力控軟件設在中央數據中心，數據中心有一個固定的外網IP，力控軟件采用典型的C/S和B/S結構，B/S方式是作為WEB服務器，將實時數據和畫面通過WEB進行發布，遠端用戶經過授權，無須安裝任何插件，使用標準的瀏覽器通過固定IP或域名綁定進行訪問即可在遠程進行監視。C/S方式是力控軟件作為標準服務器端與各分站的多個客戶端（MOXA串口聯網服務器）進行通訊，建立連接時由串口聯網服務器主動向擁有固定IP的服務器端發出連接請求，服務器進行應答，建立網絡連接之后，由力控軟件主動向下位的凱迪恩 PLC發出請求，通過標準MODBUS協議與凱迪恩PLC進行通訊，MOXA串口聯網服務器在中間起到透明轉發的作用。整個通訊系統的拓撲結構如下圖：

五、系統簡介
（1）上位系統
上位系統服務器選用力控PCAUTO? WWW服務器版軟件，以VC++或VB編程平臺為輔助，使得數據中心監控軟件具備良好的人機界面，操作直觀，簡便并且靈活性強等特點，可實現主要功能有：
　　1．24小時在線運行，實時采集各熱用戶子站的溫度、壓力、流量和其他運行參數，實時監測每個采集計量儀表的運行情況，而現場采集計量儀表出現故障也可以在短時間內發現，并將故障時間紀錄備案，避免計量方面的損失；杜絕了用戶偷汽的想法；
　　2．顯示供熱管網地理信息（GIS）；
3．進行整個熱網數據的運行分析，具有強大的統計和數據庫查詢功能，可以查詢任意用戶任意時段內的用汽情況；實時有效的分析管線的管損情況；
4．對熱用戶端市電斷電、采集參數異常的情況，進行報警，并記錄備查；
5．根據需要自動生成結算帳單（日報表、月報表和年報表），并可以直接打印輸出；
6．圖表曲線功能，可以直觀的反映出各個用戶的用汽情況；
7．網絡化設計，支持遠程訪問功能；
8．支持模擬屏或投影儀顯示；
9．實時數據庫與關系型數據庫的結合使用保證了數據的穩定性和安全性。
主要特點：
1、驅動連接
PCAuto擁有豐富的I/O驅動程序，支持多種硬件設備和通信協議，可以和人機界面、實時數據庫分離，充當通訊管理服務器。一臺運行力控PCAuto的計算機可同時連接多種I/O設備。目前支持的設備包括：霍尼維爾、橫河、福克斯波羅、費希爾等廠家的DCS通訊；凱迪恩、AB、GE、Omron、Modicon、Siemens、松下、三菱等廠家生產的PLC；Honeywell、虹潤等廠家生產的調節器以及其它流行的智能儀表、智能終端；研華、研祥、中泰、康拓等廠家生產的板卡及相關的智能模塊；不同廠家的變頻器如SIEMENS、三菱、富士等；各種不同的UPS設備、空調設備等；支持PROFIBUS、 Can、LonWorks、MODBUS、Opto22等標準的總線設備。
2、實時數據庫和力控服務器
服務器上安裝力控的實時數據庫作為服務器。實時數據庫系統是一個分布式數據庫系統，通過計算機網絡實現分散控制、集中管理，力控?的分布式數據庫系統可以方便的構成這種網絡架構。力控?的實時數據庫系統由管理器和運行系統組成，實時數據庫將組態數據、實時數據、歷史數據等以一定的組織形式存儲在介質上。服務器分別處理各個監控對象的數據采集、歷史數據保存、報警處理。
3、組態監視
集成化的開發環境：Pcauto提供集成化的開發環境和豐富的圖形工具使得系統開發簡便、快捷 面向對象的圖形/圖形工具：豐富的圖形元素豐富的圖形元素及超級子圖精靈圖庫集，提供子圖精靈開發工具，用戶可以方便地生成自己的圖庫；力控?優化設計的圖庫，提供了豐富的子圖和“子圖精靈”，任意拖拽不變形，使您的工程畫面精益求精。
* 腳本編輯功能：力控在動作腳本中提供豐富的函數，同時觸發方式多樣，具備自定義函數功能 * 安全管理：力控PCauto提供了系統的安全級管理，增強了Windows操作系統的安全性。在力控中，操作畫面的顯示，過程數據的寫入等操作都賦予了權限管理。
* 監控功能：Pcauto能準確地監視和控制所有現場過程，根據現場產品特性要求，及時、快捷地調整設備和原材料，響應現場需求。精確的現場分析和及時的響應減少了浪費。
* 先進的報警功能：力控Pcauto方便、靈活、可靠、易于擴展的報警系統，報告系統活動及系統潛在的問題，保障系統安全運行。力控的報警可按區管理、報警優先級以及在運行時自動記錄系統狀態變化、操作過程等重要事件，作為非關鍵性報警信息。
* 數據管理：提供了多種數據管理功能，包括：數據的采集和管理，歷史數據的存儲，導出數據庫及生成各種數據報表，保證系統處于最佳的運行狀態
* 歷史數據存儲功能：力控Pcauto自動的采集、存儲、顯示歷史數據，分析過程趨勢，為將來查詢提供了文檔依據。
* 強大的趨勢功能：Pcauto中包括實時趨勢和歷史趨勢圖，并且可以為每個圖分配多個筆，趨勢圖中有豐富的對象顏色和屬性選擇，X、Y軸還可以單獨組態定義，而且可以在運行環境下調整他們的屬性。
* 數據報表功能：包括：歷史報表--方便快速的歷史報表生成工具，能進行日報、月報、季報、年報的生成，對數據存儲的時間范圍、間隔、起始時間可進行任意指定，并可以根據存儲的時間進行查詢歷史數據，組態時在力控的繪畫菜單內進行歷史報表的選取。
內嵌多功能報表--靈活的報表生成方式，可以任意設置報表格式，實現各種運算、數據轉換、統計分析、報表打印等。既可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。可以在報表上同時顯示實時數據和任意時刻的歷史數據，并加以統計處理，例如取行平均、列平均，統計出最大最小值。內嵌多功能報表提供了相應的報表函數，可以制作各種報表
模板，實現多次使用，以免重復工作，組態時 在力控的子圖內。
* 內置數據表--內置數據表是力控開發人員總結關系數據庫的特點開發出的內置實時關系數據表，利用報表模板可以將力控實時數據庫的變量和報表字段進行任意綁定，可以對任意的數據進行插入、刪除、遍歷、存盤，內置的報表過濾器可以任意設定不同情況下的查詢條件，根據查詢條件對所查出的記錄進行選取來參與數據處理。
* 冗余及雙機熱備：力控PCauto數據庫目前支持雙機熱備式冗余。即可以指定一臺機器為主機，另一臺作為從機，從機內容與主機內容實時同步，從機實時監視主機狀態，一旦發現主機停止響應，便接管控制。I/O設備只從主機接受控制指令，以免造成控制時序錯亂，在這種情況下，從機不做任何組態，同步信息包括：時鐘同步、實時數據庫信息同步、歷史數據同步。
* 全面支持DDE、OPC、ODBC/SQL、ActiveX、等標準：可以作為DDE和OPC的客戶端，OPC客戶端同時可連接不同廠家的OPC服務器，支持報警和事件，同時也可以作為DDE和OPC的服務器，可以和各種關系數據庫通過ODBC/SQL進行實時歷史數據向關系數據庫的轉儲.
4．WWW功能
　 Web頁面與過程畫面的高度同步
　　用戶往往會擔心在客戶端瀏覽器上看到的Web頁面與工程組態的過程畫面能否完全一致，會不會對某些圖形或動畫效果進行限制。而PCAUTO實現了服務器端與客戶端畫面的高度同步。在服務器端直接瀏覽的效果與在客戶端用瀏覽器上看到的圖形效果完全相同。
　　快速的數據更新
　　采用COM/DCOM技術實現底層數據通信。與其它采用JAVA虛擬機進行通信的方式相比，由于減少了解釋運行的環節，因而具有更快的運行與數據更新速度。
　　多文檔
　　采用獨到的多文檔技術。在客戶端的瀏覽器上可以同時瀏覽多個過程畫面。
　　企業級Web服務器
　　專為構建企業級Web服務器而設計，具備高容量的數據吞吐能力和良好的健壯性。介于現場監控層和Internet/Intranet之間，通過Web服務器管理所有的訪問請求，因此不會由于多個用戶請求訪問而影響整個SCADA系統的功能，保證系統的可靠平穩運行。pWebView支持多達500的客戶端的同時訪問。
　　完全瘦客戶端
　　在客戶端只需要Microsoft Internet Explorer 5.0或以上版本的瀏覽器，就可以對現場的各種事務進行瀏覽、控制。無需購買其它軟件或增加軟件成本。
　　完善的安全機制
　　提供完善的安全管理機制。只有授權的用戶才能修改過程參數。使用WEB發布時，管理員盡可安心，不必擔心非法或未授權的修改。
　　簡便的系統開發和維護
　　使用簡便，只需在服務器上進行前期的組態和后期的維護，在客戶端無需任何工作。大大的減少了系統開發和維護的工作量。易于擴展，可以有效地控制系統預算開支。
（2） 通訊服務器
每個分站的通訊服務器采用MOXA串口聯網服務器產品。特點如下：
立即使您的串口設備聯網
點對點連接模式，可在不使用PC的情況下經由網絡連接兩個串口設備
可利用簡單易用的Windows Utility執行大量安裝
自動偵測10/100 Mbps Ethernet
所有串口信號皆內建15 KV ESD突波保護
支持SNMP MIB-II網管功能
可通過網絡/Telnet/控制器端口進行配置
配置工具可在網絡上自動尋找設備聯網服務器
（3） 下位系統
PLC選用凱迪恩KDN PLC 產品，KDN-K3系列小型一體化可編程控制器是用于工廠自動化領域中機器控制和小規模過程控制的先進PLC產品，與市場眾多的同類產品相比它是后來者，但卻跨越了PLC發展的初級階段，將多種先進技術和高級功能集成到邏輯控制器中，因此廣泛適用于以下控制應用：包裝機械、紡織機械、建材機械、食品機械、塑料機械、數控機床、印刷機械、中央空調、環保設備以及單一過程控制裝置。
　 按國際通用分類規則，KDN-K3屬于小型PLC系統，由于采用高性能處理器芯片和軟件優化設計，布爾指令執行速度優于0.5μs/步。K3系列共有6款CPU模塊，控制點數、內存容量、內部資源、擴展能力等依次增強，開關量控制點數從14～280點，模擬量最大40點。通過二十多種擴展I/O和擴展功能模塊靈活組合，可以滿足大部分該領域應用的要求。
　編程軟件符合IEC61131-3標準
最大控制點數開關量280點，模擬量40點
DIO通道可自由設置輸入輸出功能
多種通訊方式真正實現開放性
全部自主開發，擁有100%知識產權
易學易用，符合國人編程及使用習慣
PLC系統集成了一些傳統產品不具備的高級功能，這些功能也使得PLC不再僅僅是邏輯控制器，而能夠勝任更復雜的控制任務。
高速計數和脈沖輸出：
　　在CPU本體上集成了4路高速計數輸入（30kHz）和2路高速脈沖輸出（20kHz），用于精確定位和控制步進/伺服驅動裝置
PID算法：
　　內置PID算法
DIO模塊原理介紹：
　　DIO模塊（KDN-K323-08DTX）的每一個點既可以設置成DI，又可以設置成DO，只要按手冊的說明以不同形式接線即可，CPU內部為此模塊分配一個輸入字節和一個輸出字節地址 頂調電位器
CPU模塊帶兩個8位分辨率的頂調電位器，設定值被送入CPU內部寄存器供程序調用。
實時時鐘功能
系統時鐘可以設定和讀取年、月、日、時、分、秒、星期
提供24V負載電源
　為方便使用，CPU模塊上設計了DC24V電源輸出端，用于晶體管輸入點的電流源，其容量可以供100個DI點同時輸入，多數情況下客戶不用單獨配置輸入負載電源。