无线网络通信在热力站控制中的应用

孟 磊

(太原市热力公司东山分公司，山西 太原 030013)



无线网络通信在热力站控制中的应用

孟 磊

(太原市热力公司东山分公司，山西 太原 030013)

以太原市热力公司东山分公司的供热区域为例，介绍了无线移动通信系统的定义及其优缺点，阐述了其在热力站控制中的实现过程，并分析了其在热力站远程控制中的实际意义及优缺点，从而实现节能降耗。

热力站，无线通信，集中供热，DTU

0 引言

目前我国对于环境保护越来越重视，尤其是中国北方城市，冬季的取暖与环境保护之间的矛盾日益突出，因此在城市供热方式中主要使用集中供热，其不仅可以有效的提高能源的利用率而且还可以节约能源，同时降低粉尘和空气污染。

在集中供热中热源通常由大型燃煤或燃气热源厂和热电厂等热源提供，从热源出来的高温水经由一次热网管道进入热力站换热器进行二次换热后提供给用户供热。热力站内的自控系统通过调节站内各项运行参数进行自动或手动来调节供热温度。站内现场设备连接到自控系统中的PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)，然后使用通讯线路或无线信号与中控室计算机连接，同时站内的运行参数传回中控室进行集中控制，对热源进行调配，更加有效的利用能源。

太原市热力公司东山分公司的供热区域为建设路以东，东峰路以西，南至长风街北至北中环的范围内，覆盖供热面积约为1 500万m2，共建热力站200余座，热源主要为东山热源厂内3台燃煤锅炉和华能热电厂所提供的热源。热力站自控系统的各项现场仪表参数和控制信号需要传回分公司中控室进行分析，并对热力站进行远程控制。热力站最初使用有线连接，自行敷设专线和电话拨号网络与分公司中控室计算机通讯。在使用过程中，热力站分布范围广，并且与中控室相距较远，专线线路情况复杂，信号经常受到干扰或线路人为损坏断线等情况，使用电话拨号网络，中控室与热力站进行点对点拨号建立数据链路，并且中控室需要申请和热力站数量相同的电话线，扩展繁琐不易维护，而且容易掉线，因此站内自控系统与中控室控制系统连接非常不稳定，造成热力站自控系统离线，无法在远端查看站内运行参数且无法对其进行调节，无法达到供热网全面平衡调节对通讯系统的要求。

热力站与中控室之间的通讯在城市集中供热过程中是非常重要的一个环节，因此为解决站内通讯问题淘汰使用自行敷设专线和拨号上网落后的通讯方式，使用移动通讯网络作为通讯方式。

1 无线移动通信系统的简介及其优缺点

蜂窝移动通信系统，即移动通信，由于其信号所覆盖的区域划分成一个个小区，呈六边形状分布，也可以是其他形状如正方形、多边形等其他形状。这些小区中都有对应的基站发射与接收无线信号。移动通信系统由第一代(1G)只能打电话的模拟系统已经发展到现在可以提供多种数据通信的数字式第四代(4G)移动通讯网络，而且已经开始向更加先进的第五代(5G)通信系统迈进。使用移动通信系统作为通讯手段主要有以下几个方面原因：

1)网络覆盖广且非常稳定。

在中国有三大移动运营商，分别是中国移动、中国联通和中国电信。通信公司在中国各大小城市中基本上网络完全覆盖，并且非常稳定极少出现移动通信网络中断情况。通信公司各自独立运营其移动通讯网络，目前已经发展到第四代移动通讯系统(4G)，较之第二代移动通讯系统(2G)所提供的带宽有了很大的提高，但是由于4G网络还处于发展和建设的阶段，其覆盖率和设备支持情况较2G网络还有一定的差距。

2)GPRS(General Packet Radio Service)，通用分组无线服务技术的简称，是GSM移动电话的一种移动数据业务；CDMA(Code Division Multiple Acces)码分多址，另一种移动通信所使用的技术方式，具有信号好和安全性高的特点。无线移动通信提供端到端的、广域网的无线连接，以封包的方式来传输。移动运营商收取费用是按照具体传输内容的多少计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。可根据实际情况选择使用GPRS或CDMA其中一种作为通信方式。

3)使用第二代无线通信作为通讯方式完全满足站内通讯需要。

在国内，移动通讯网络主要指的是移动、联通、电信所提三个公司所运营的GPRS,CDMA,TD-SCDMA,CDMA2000,WCDMA,TD-LTE,FDD-LTE等网络，其中GPRS,CDMA属于2G网络；TD-SCDMA,CDMA2000,WCDMA属于3G网络；TD-LTE,FDD-LTE为4G网络，其中数据传输速度2G<3G<4G，由于4G网络还在发展建设当中，其网络覆盖范围没有2G网络覆盖广。在实际使用中，热力站与中控室通讯所发送数据容量很小，并不需要很大的带宽，综合考虑各方面故使用网络覆盖最广和最成熟的第二代移动通讯系统GPRS,CDMA网络即可满足站内通讯需求。

4)提供多数设备同时在线，由于移动通信网络是面对公众所使用的公共数据网络，其可提供数量庞大的设备同时在线，完全满足热力站未来的发展需求。

如表1所示为各通信公司所运行的网络能提供的理论和实际带宽。

2 无线通信在热力站控制中的实现过程

DTU(Data Transfer Unit)数据传输单元是构成远程无线数据通讯控制系统的重要设备，其主要作用就是为自动化控制系统的串口设备与远程中控室控制电脑之间建立数据通道。DTU提供串行数据接口，站内的设备如温度变送器，压力变送器，电动控制阀等换热站内的设备连接到自控设备PLC，然后PLC通过DTU的串口与运营商的移动网络接入Internet(国际互联网)。中控室控制主机需要架设一条专线连接至Internet。因为中控室需要接收所有热力站发出的数据并下达指令，为保证传输过程中数据不至于拥堵，所以无法继续使用无线数据传输。由于中控室的控制主机和站内自控系统同时接入网络进行数据通信，从而可以实现热力站的远程控制。

表1 各通信公司所运行的网络能提供的理论和实际带宽

DTU的内部封装了TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议)协议，并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是一台嵌入式计算机系统与无线GPRS或CDMA Modem(调制解调器)的结合，它同时具有拨号上网以及通过TCP/IP协议数据通信的功能。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“透明转换”的方式传输串口数据，通俗的讲，通过DTU可以将串口上接收到的原始数据转换成TCP/IP数据打包进行传送，不需要改变原有的数据内容，中间的数据发送与接收过程就像透明不存在一样。因此，DTU可以和多种使用串口RS232的通信设备进行连接，而且不需要对站内原有设备进行改动，只需添加通讯设备DTU即可完成热力站改造，方便快捷节省费用。

GPRS,CDMA第二代通信网络的优点之一就是支持终端设备永久在线。DTU上电自动开始拨号上网，其采用心跳包的方式保持永久在线。当长时间没有数据通信时，移动通信网络将断开与DTU的连接，心跳包就是DTU与中控室数据中心在连接被断开前按照一设定好的间隔发送一个小数据包，以保持连接不被断开，并且当数据链路断开时可以自动重连、自动重拨号，确保设备永久在线。

图1为DTU的工作流程。

在中控室的改造当中，原来的控制计算机需要连接到Internet网络，通常情况下，凡具有网络接入的且可以上互联网的环境，都可以成为中控室架设服务器。在这里可以向移动通信运营商申请一条具有固定IP(Internet Protocol Address，互联网协议地址)地址的数据专线，建立物理连接。监控组态软件的通讯模块可以根据情况使用TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)或UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)网络协议进行通讯，也可以是读取串口的软件，都可以与DTU连接，并实现数据的透明传输。

3 无线移动通信在热力站远程控制中的实际意义及优点

1)信号稳定，通过使用DTU替代过去使用有线的通讯方式，有效的解决站内通讯不稳定和断网的问题；

2)无线移动通信网络覆盖广，省去布线等环节，可以有效的减少资金投入，降低站内运营成本；

3)数据传输带宽高，现阶段无线移动通信提供的网络带宽可以很好的满足热力站通讯所需，同时无线移动通信发展迅速，更快的4G无线移动通信网络在逐渐的普及当中，不仅网络速度会更快，而且使用费用会越来越低；

4)良好的实时响应与处理能力，由于无线移动通信实时在线，满足热力站进行实时通讯；

5)站内改造方便，通过使用GPRS DTU通讯设备，不需要对原有自控系统进行改动，只需添加通讯设备DTU与PLC进行连接即可完成站内改造，省去改造自控系统和线路的环节，有效的节省改造费用；

6)网络支持的设备总体数量多，即无线移动通信所提供很多设备同时在线，可以满足站内大规模通讯需要。

4 无线移动通讯的不足之处

由无线电波的特性可知，电磁波容易受干扰，某些情况下电磁波无法穿透一些物体，如金属，钢筋混凝土的墙壁等，因此移动通信网络也有网络无法覆盖到的情况，可以向通信服务商申请安装信号放大器进行解决，同时淘汰落后的电话拨号网络，升级为光纤固定宽带，无线和有线通信相结合，使站内的通讯更加畅通。

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，助理工程师

TU995

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