CN104503391B - 企业热网区域控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种企业热网区域控制器，包括CPU以及与其连接的存储器、时钟模块、数字I/O模块、模拟I/O模块以及WIA‑PA无线模块，数字I/O模块、模拟I/O模块与二次仪表连接，它将多个二次仪表所进行数据聚合后的数据，经WIA‑PA无线模块，以设定的发包时间间隔通过WIA‑PA网络发送给与WIA‑PA网络相连的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统，在现场参数变化和不满足设定时根据接收到的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统的指令进行自动实时设定。本发明能够应用数据聚合技术，并通过合理设定发包时间间隔，使WIA‑PA无线模块的吞吐量提高到每秒1600字节，在不限制WIA‑PA网络规模的情况下，提高了发送吞吐量和数据的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及一种企业热网区域控制器，属于工业自动化控制技术领域。
背景技术
热网作为企业暖通系统重要组成部分在供暖方面有着重要地位。电力、化工等企业一般规模较大，热负荷大而且各个功能建筑较为分散，系统没有统一的分配管理。这样就导致各个建筑在供热时负荷不均匀，热量在整个管网系统中不能按需分配，出现距热源近的建筑很热、距热源远的地方很冷等情况，供热效果不很理想，也不利于节能。
WIA-PA无线模块发包间隔时间越短，单位时间内的吞吐量就越大。但是，发包间隔过小，WIA-PA网络规模将会受到限制。
数据聚合技术能将控制器所连接的多个二次仪表的数据整合后，发送给WIA-PA网关和DCS/PLC系统，但是该技术一定程度影响数据的实时性。
发明内容
本发明目的就是要克服上述缺点，提供一种企业热网区域控制器，能对供热网中的每个热网功能建筑（用户）内的热负荷、温度、管网阀门控制、热源以及热水换热站的用蒸汽或热水参数集中采集，并将采集数据通过WIA-PA工业无线网络传输给分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统，并在现场参数变化和不满足设定时接受分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统的命令对现场进行自动实时设定；同时兼顾WIA-PA网络规模、WIA-PA无线模块发送吞吐量以及WIA-PA无线模块发送数据的实时性。
为实现该目的，本发明采用以下技术方案是：
企业热网区域控制器，包括CPU以及与其连接的存储器、时钟模块、数字I/O模块、模拟I/O模块以及WIA-PA无线模块，所述数字I/O模块、模拟I/O模块与二次仪表连接，其特征在于，它将多个二次仪表所进行数据聚合后的数据，经WIA-PA无线模块，以设定的发包时间间隔通过WIA-PA网络发送给与WIA-PA网络相连的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统，在现场参数变化和不满足设定时根据接收到的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统的指令进行自动实时设定。
数字I/O模块包括数字输入I/O模块和数字输出I/O模块，模拟I/O模块包括模拟输入I/O模块和模拟输出I/O模块。
所述二次仪表包括：流量积算仪、压力变送器和温度变送器。
所述数字输入I/O模块、数字输出I/O模块通过RS232或RS485接口与二次仪表连接，模拟输入I/O模块、模拟输出I/O模块通过模拟输入接口、模拟输出接口与二次仪表连接。
当二次仪表具有至少两个用户应用对象时，通过二次仪表的聚合和解聚功能启用标志启用数据聚合机制；当WIA-PA网络的路由设备接收到所述区域控制器发送的至少两个二次仪表的数据包时，通过路由设备的聚合和解聚功能启用标志启用路由设备的包聚合机制。
WIA-PA无线模块的发包间隔为50ms，步进50ms。
相对于现有技术，本发明能够应用数据聚合技术，并通过合理设定发包时间间隔，使WIA-PA无线模块的吞吐量提高到每秒1600字节，在不限制WIA-PA网络规模的情况下，提高了发送吞吐量和数据的实时性。
采用WIA-PA网络相比GPRS不同，GPRS它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，适用于远距离传输，如5~10公里以上具有优势明显。但由于依靠通信运营商的信号基站进行网络覆盖，并且每个热网控制器都会租用一个数据流量卡传输数据，如果网络规模较大会产生高额的信息流量使用费；而WIA-PA网络适用于2公里以内的小区范围，无需手机信号覆盖、无需交纳信息流量使用费。企业内部的热网的距离往往在2公里以内，适宜采用WIA-PA网络，长期运行能大大降低运行成本。
附图说明
图1是本发明的硬件结构框图。
图2是本发明的安装示意图。
图3是本发明的企业热网末端区域建筑物室温的控制原理图。
图4是本发明的企业热网热换站区域二次水温的控制原理图。
图5是本发明的企业热网热换站区域二次水温的双泵故障互投流程图。
图6是本发明的现场数据的时序图。
具体实施方式
参见图1，企业热网区域控制器，包括CPU以及与其连接的存储器、时钟模块、数字I/O模块、模拟I/O模块以及WIA-PA无线模块，数字I/O模块、模拟I/O模块与二次仪表连接，数字I/O模块包括数字输入I/O模块和数字输出I/O模块，模拟I/O模块包括模拟输入I/O模块和模拟输出I/O模块。数字输入I/O模块、数字输出I/O模块通过RS232或RS485接口与二次仪表连接，模拟输入I/O模块、模拟输出I/O模块通过模拟输入接口、模拟输出接口与二次仪表连接。二次仪表包括流量积算仪、压力变送器和温度变送器。
本发明将多个二次仪表所进行数据聚合后的数据，经WIA-PA无线模块，以设定的发包时间间隔通过WIA-PA网络发送给与WIA-PA网络相连的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统，在现场参数变化和不满足设定时根据接收到的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统的指令进行自动实时设定，参见图6。
WIA-PA网络支持两级聚合机制，以减少数据包传输的数量：
数据聚合：当二次仪表具有至少两个用户应用对象时，通过二次仪表的聚合和解聚功能启用标志启用数据聚合机制；
包聚合：当WIA-PA网络的路由设备接收到所述区域控制器发送的至少两个二次仪表的数据包时，通过路由设备的聚合和解聚功能启用标志启用路由设备的包聚合机制，以减少通信频率，提高网络效率。
聚合功能由二次仪表的数据聚合对象DAGO和路由设备的包聚合对象PAGO完成,两类聚合对象的参数由网络管理者配置。
聚合功能的配置过程如下：
NM通过读取二次仪表和路由设备聚合和解聚功能支持标志AGGSupportFlag判断设备是否实现聚合功能。
NM将支持聚合功能的路由设备MIB中的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag置1，并为路由设备分配包聚合VCR（虚拟通信关系）。聚合周期设为簇内二次仪表的最小数据更新周期，记录为AggPeriod。到达聚合周期后，路由设备将所有接收到的数据包进行聚合后发送给网关设备的DGO（解聚对象）；
NM将支持聚合功能的二次仪表MIB中的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag置1，并为二次仪表分配数据聚合VCR。聚合周期设为二次仪表内的最小数据更新周期，记录为AggPeriod。到达聚合周期后，二次仪表将所有UAO的P/S类型的数据进行聚合后发送给路由设备。
针对二次仪表和路由设备是否启用聚合功能，做以下处理：
如果二次仪表信息库中的聚合和解聚功能启用标志为0，则该二次仪表不启用聚合功能。不启用聚合功能的二次仪表利用预分配的非聚合VCR所对应的RouteID将数据发送给路由设备。如果路由设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag也为0，则路由设备利用该RouteID将接收的数据转发给网关设备。
如果二次仪表具有多个UAO且信息库中的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag为1，则UAO将P/S类型的数据发送给DMAP（设备管理应用进程）内的DAGO（数据聚合对象）；DAGO计算需要聚合的数据长度，且在到达聚合周期后的格式将多个UAO的数据进行聚合；聚合结束后，DAGO将聚合后的数据发送给ASL（应用子层），由ASL负责将聚合后的数据加载ASL包头，且将ASL包头的包类型置为0b11，表示为聚合包；二次仪表将在ASL形成的聚合包利用数据聚合VCR所对应的RouteID发送给路由设备；当路由设备接收到二次仪表的包且路由设备的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag为0，则路由设备网络层利用该包的RouteID将接收到的包直接转发给网关设备。
如果路由设备信息库中的聚合和解聚功能启用标志AGGEnableFlag为1，则路由设备读取接收到的包的网络层包头，按照收到包的网络层包头P/S标志判断收到的数据是否可以聚合。判断准则如下：
如果为P/S类型的包，可聚合；其他类型不聚合。
如果收到的包可被聚合，则路由设备将该包的源地址以及网络层载荷传送给DMAP内的PAGO（包聚合对象）；在一个超帧周期内，以收到的第一个可聚合的包为起始时间，直到网络管理者为路由设备预先分配的聚合包发送时隙止，DMAP聚合可以聚合的包；DMAP查找VCR表中聚合类型为包聚合VCR对应的RouteID后，将聚合后的数据、包聚合VCR对应的RouteID传给NL（网络层）；NL利用该RouteID将聚合后的包发送给网关设备。如果聚合后的包长度超出网络层的最大数据包长度，则利用网络层的分段功能将包分段后通过包聚合VCR对应的RouteID发送给网关设备。
WIA-PA无线模块的发包间隔最快可达50ms，步进50ms。
网络时隙长度为7.8125ms，超帧长度为256时，为保证某节点发送间隔为50ms，即平均50/7.8125=6.4个时隙，有一次发送机会；256个时隙的超帧长度内，要有256/6.4=40次发送机会，即超帧内应分给该节点40个发送数据的时隙，可满足该节点50ms的发送间隔，且该网络内最多可容纳5个此类节点的网络规模；快速的发送间隔可以实时传输大数据量的应用数据，可以可靠、实时地传输应用数据；网络规模大，适应多点监控的复杂应用；
企业热网末端区域建筑物室温的控制原理：在两个模拟输入接口各接入一个供回水温度传感器和末端区域流量传感器，模拟输出接口连接末端区域调节阀。参见图3，根据设计的热负荷设定值以及通过供回水温度传感器得到的供回水温度、末端区域流量传感器得到的流量计算出的热负荷，经过PID运算后驱动调节阀执行机构，实现末端区域调节阀开度的控制。
企业热网换热站区域二次水温的控制原理：在三个模拟输入接口各接入一个热网换热站二次供回水管水温变送器，模拟输出接口接热网换热站一次蒸汽调节阀，在三个RS232或RS485接口各接入一个二次循环泵，编号为1#，2#和3#，在一个RS232或RS485接口接二次循环泵远程启动接点。参见图4，通过二次供回水管水温变送器得到的二次供水的实际温度和设定的二次供水温度，经PID运算后驱动依次蒸汽调节阀执行器，实现蒸汽调节阀开度的控制。为防止二次循环水泵故障，可实现双泵故障互投，参见图5。
根据实际的现场情况，本发明可以选择不同的安装方式：室外采用抱杆安装，如没有条件抱杆安装时，应用壁挂安装方式，采用天线背板1和U型箍2将天线3架高在天线支架4上，参见图2。本发明的所有外部接口完成连接后需要用防水胶带或防水胶泥做密封处理。
Claims (5)
1.企业热网区域控制器，包括CPU以及与其连接的存储器、时钟模块、数字I/O模块、模拟I/O模块以及WIA-PA无线模块，所述数字I/O模块、模拟I/O模块与二次仪表连接，其特征在于，它将多个二次仪表所进行数据聚合后的数据，经WIA-PA无线模块，以设定的发包时间间隔通过WIA-PA网络发送给与WIA-PA网络相连的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统，在现场参数变化和不满足设定时根据接收到的分散控制系统/可编程控制器DCS/PLC系统的指令进行自动实时设定；
根据设计的热负荷设定值以及通过供回水温度传感器得到的供回水温度、末端区域流量传感器得到的流量计算出的热负荷，经过PID运算后驱动调节阀执行机构，实现末端区域调节阀开度的控制；
企业热网换热站区域二次水温的控制原理：在三个模拟输入接口各接入一个热网换热站二次供回水管水温变送器，模拟输出接口接热网换热站一次蒸汽调节阀，在三个RS232或RS485接口各接入一个二次循环泵，在一个RS232或RS485接口接二次循环泵远程启动接点；
通过二次供回水管水温变送器得到的二次供水的实际温度和设定的二次供水温度，经PID运算后驱动依次蒸汽调节阀执行器，实现蒸汽调节阀开度的控制；
为防止二次循环水泵故障，可实现双泵故障互投；
当二次仪表具有至少两个用户应用对象时，通过二次仪表的聚合和解聚功能启用标志启用数据聚合机制；当WIA-PA网络的路由设备接收到所述区域控制器发送的至少两个二次仪表的数据包时，通过路由设备的聚合和解聚功能启用标志启用路由设备的包聚合机制。
2.根据权利要求1所述的企业热网区域控制器，其特征在于：数字I/O模块包括数字输入I/O模块和数字输出I/O模块，模拟I/O模块包括模拟输入I/O模块和模拟输出I/O模块。
3.根据权利要求1所述的企业热网区域控制器，其特征在于：所述二次仪表包括：流量积算仪、压力变送器和温度变送器。
4.根据权利要求2所述的企业热网区域控制器，其特征在于：所述数字输入I/O模块、数字输出I/O模块通过RS232或RS485接口与二次仪表连接，模拟输入I/O模块、模拟输出I/O模块通过模拟输入接口、模拟输出接口与二次仪表连接。
5.根据权利要求1所述的企业热网区域控制器，其特征在于：WIA-PA无线模块的发包间隔为50ms，步进50ms。
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