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摘要：本文介绍了集中供热控制的现状，分析了存在的问题，设计了一套集中供热的远程监控系统，并详细介绍了该系统的软硬件构成。
关键词：集中供热；远程监控；软硬件设计
中图分类号：TP277 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 09-0000-02
Remote Monitoring System of District Heating
Chen Lunqin
(Anhui Huaibei Mining Group Railway Transport Department)
Abstract:This paper describes the status of district heating control, analysis of problems,designed a district heating remote monitoring system,and gave details of the system software and hardware.
Keywords:District heating;Remote monitoring;Software and hardware design
一、集中供热控制的现状
集中供热可以有效的减少二氧化碳排放，提高能源利用率。但由于在技术方面仍然存在各种瓶颈，影响集中供热优越性的充分发挥。主要有以下方面：供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；系统运行工况失调难以消除，导致供暖用户冷热不均；运行数据不全，难以实现科学化管理。
目前，集中供热系统的温度和压力等工艺参数，依然是供暖工程中控制难题。当前大多数供暖设备是基于普通的PID以及鲁棒性很强的内模PID设计方法实现这些工艺参数的闭环控制；同时，在现代化的监控系统整体设计上充分考虑了企业管控一体化的必然发展趋势，多数采用了先进B／S架构的研华WebAccess监控软件。该监控方案可以通过网络浏览器访问生产现场的实时数据，实现了系统的远程监控，远程指挥调度，远程设备管理和故障诊断，等。最终实现对热力系统的良好控制与监测。
二、系统的软硬件设计
本系统主要有四部分，分别为PC（电脑）机、RS－485通信、中央控制板、采集变换、驱动变换等部分。PC采用工控机，负责人机交互，显示实时数据和对热交换站进行远程控制。PC机和中央控制板之间使用差分方式的RS-485通讯，并采用软件校验（CRC-8），大大提高了抗干扰能力。以下为系统控制原理图：
（一）系统硬件设计
1.系统通信接口
该系统以PC机作为上位主机，下位机由ATmega16单片机完成，从实际出发，要求信息传输距离远，成本低。所以，PC与中央控制板之间的通讯使用RS-485通讯方式。
由于微机串行接口通常采用RS-232方式，而单片机串口是TTL电平，二者不兼容。并且二者都不利于远程传输。所以，接口必须做电平转换处理。单片机串行口的TXD、RXD经MAX232电平转换为RS-232电平再经过MAX485转换为485数据接口，再与微机的RxD、TxD和相连。
2.中央控制板中央控制芯片（ATmega16L）
AVR系列单片机在吸收PIC及8051单片机优点的基础上，做出了重大的改进。解决了速度和功耗之间的矛盾。
ATmega16是AVR系列单片机中的高端产品。采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令，数据吞吐率高达1MIPS/MHz。其快速存取RISC寄存器由32个通用工作寄存器组成。通用寄存器代替累加器，避免了传统的累加器与存储器之间的数据传送，实现一个时钟周期内执行一条指令来访问两个独立的寄存器，代码效率比常规CISC微控制器快十倍。
使用Atmel公司的高密度非易失性存储器技术生产。可通过芯片的SPI串行接口或专用编程器进行程序升级和更新，给新产品的开发、老产品升级级和维护带来极大的方便。
ATmega16单片机速度快、功耗低、片上资源丰富、驱动能力强、工作电源范围宽、抗干扰能力强等优点。为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
3.驱动变换电路
为实现弱电控制强电，并使工频交流电与单片机隔离使用小型继电器实现，原理图如下：
D7用于指示继电器的吸合状态，D5用于保护三极管，在继电器断电瞬间产生二倍供电电压的浪涌电流，可经d5释放，起到保护三极管的作用。DJ1与单片机相连，当单片机端口输出‘1’时继电器就吸合。
4.采集变换电路
为调高电路的抗干扰能力，采用差动输入，有效抑制共模信号的干扰。电路中运算放大器采用低零漂的高精度直流放大器OP07。
差动放大把传感信号采集回来后，为0-5V变化的电压信号，由于单片机的AD所采集的范围为0-2.56V。传感器电压超过了AD采集的采集范围。使用减法器对采回的电压数据进行除2计算。滑动电阻是为调节飘移而设置。
（二）系统软件设计
软件主要有2部分组成：上位机软件和下位机软件，上位机软件采用DELPHI7.0软件编写，下位机采用C语言编写。
1.上位机软件
采用Borland 公司开发的Delphi编写，Delphi是一款可视化软件开发工具。
项目中选择串口为通信端口，主要考虑成本低，可靠性高，通信协议简单易于控制的优点，在用DELphi中对串口进行控制时，使用了MSComm 控件。
MSComm 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程时非常方便，程序员不必去花时间去了解较为复杂的API函数，而且在VC、VB、Delphi等语言中均可使用。 Microsoft Communications Control（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。
2.下位机软件
采用C语言编程，编译效率高，对底层硬件操作方便，代码效率高，方便移植等特点。
为提高控制准确精度，抗干扰能力，在程序代码中加入，用于抗干扰的特殊软件算法和打开硬件看门狗程序。使下位机软件运行更稳定，实现控制的安全可靠。
三、结语
设备经现场试用，系统整体运行稳定，提高了集中供热的自动化水平和供热效率，改善了供热质量。同时人机界面友好，可适应不同用户的监控需求。
参考文献
[1]樊昌信,张甫翊,徐炳祥等.通信原理[M].北京：国防工业出版社,2001
[2]童爱红,张琦,胡光兵.Delphi7应用教程[M].北京：清华大学出版社,2004
[3]柯节成.简明电子元器件手册[K].北京：高等教育出版社,1991
作者简介：
陈伦卿（1974-），安徽砀山人，中级职称，毕业于安徽大学无线电技术专业，现从事铁路电务技术管理工作。
关键词：集中供热；远程监控；软硬件设计
中图分类号：TP277 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 09-0000-02
Remote Monitoring System of District Heating
Chen Lunqin
(Anhui Huaibei Mining Group Railway Transport Department)
Abstract:This paper describes the status of district heating control, analysis of problems,designed a district heating remote monitoring system,and gave details of the system software and hardware.
Keywords:District heating;Remote monitoring;Software and hardware design
一、集中供热控制的现状
集中供热可以有效的减少二氧化碳排放，提高能源利用率。但由于在技术方面仍然存在各种瓶颈，影响集中供热优越性的充分发挥。主要有以下方面：供热参数未能在最佳工况下运行，供热量与需热量不匹配；系统运行工况失调难以消除，导致供暖用户冷热不均；运行数据不全，难以实现科学化管理。
目前，集中供热系统的温度和压力等工艺参数，依然是供暖工程中控制难题。当前大多数供暖设备是基于普通的PID以及鲁棒性很强的内模PID设计方法实现这些工艺参数的闭环控制；同时，在现代化的监控系统整体设计上充分考虑了企业管控一体化的必然发展趋势，多数采用了先进B／S架构的研华WebAccess监控软件。该监控方案可以通过网络浏览器访问生产现场的实时数据，实现了系统的远程监控，远程指挥调度，远程设备管理和故障诊断，等。最终实现对热力系统的良好控制与监测。
二、系统的软硬件设计
本系统主要有四部分，分别为PC（电脑）机、RS－485通信、中央控制板、采集变换、驱动变换等部分。PC采用工控机，负责人机交互，显示实时数据和对热交换站进行远程控制。PC机和中央控制板之间使用差分方式的RS-485通讯，并采用软件校验（CRC-8），大大提高了抗干扰能力。以下为系统控制原理图：
（一）系统硬件设计
1.系统通信接口
该系统以PC机作为上位主机，下位机由ATmega16单片机完成，从实际出发，要求信息传输距离远，成本低。所以，PC与中央控制板之间的通讯使用RS-485通讯方式。
由于微机串行接口通常采用RS-232方式，而单片机串口是TTL电平，二者不兼容。并且二者都不利于远程传输。所以，接口必须做电平转换处理。单片机串行口的TXD、RXD经MAX232电平转换为RS-232电平再经过MAX485转换为485数据接口，再与微机的RxD、TxD和相连。
2.中央控制板中央控制芯片（ATmega16L）
AVR系列单片机在吸收PIC及8051单片机优点的基础上，做出了重大的改进。解决了速度和功耗之间的矛盾。
ATmega16是AVR系列单片机中的高端产品。采用了大型快速存取寄存器文件和快速单周期指令，数据吞吐率高达1MIPS/MHz。其快速存取RISC寄存器由32个通用工作寄存器组成。通用寄存器代替累加器，避免了传统的累加器与存储器之间的数据传送，实现一个时钟周期内执行一条指令来访问两个独立的寄存器，代码效率比常规CISC微控制器快十倍。
使用Atmel公司的高密度非易失性存储器技术生产。可通过芯片的SPI串行接口或专用编程器进行程序升级和更新，给新产品的开发、老产品升级级和维护带来极大的方便。
ATmega16单片机速度快、功耗低、片上资源丰富、驱动能力强、工作电源范围宽、抗干扰能力强等优点。为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本的解决方案。
3.驱动变换电路
为实现弱电控制强电，并使工频交流电与单片机隔离使用小型继电器实现，原理图如下：
D7用于指示继电器的吸合状态，D5用于保护三极管，在继电器断电瞬间产生二倍供电电压的浪涌电流，可经d5释放，起到保护三极管的作用。DJ1与单片机相连，当单片机端口输出‘1’时继电器就吸合。
4.采集变换电路
为调高电路的抗干扰能力，采用差动输入，有效抑制共模信号的干扰。电路中运算放大器采用低零漂的高精度直流放大器OP07。
差动放大把传感信号采集回来后，为0-5V变化的电压信号，由于单片机的AD所采集的范围为0-2.56V。传感器电压超过了AD采集的采集范围。使用减法器对采回的电压数据进行除2计算。滑动电阻是为调节飘移而设置。
（二）系统软件设计
软件主要有2部分组成：上位机软件和下位机软件，上位机软件采用DELPHI7.0软件编写，下位机采用C语言编写。
1.上位机软件
采用Borland 公司开发的Delphi编写，Delphi是一款可视化软件开发工具。
项目中选择串口为通信端口，主要考虑成本低，可靠性高，通信协议简单易于控制的优点，在用DELphi中对串口进行控制时，使用了MSComm 控件。
MSComm 控件通过串行端口传输和接收数据，为应用程序提供串行通讯功能。MSComm控件在串口编程时非常方便，程序员不必去花时间去了解较为复杂的API函数，而且在VC、VB、Delphi等语言中均可使用。 Microsoft Communications Control（以下简称MSComm）是Microsoft公司提供的简化Windows下串行通信编程的ActiveX控件，它为应用程序提供了通过串行接口收发数据的简便方法。
2.下位机软件
采用C语言编程，编译效率高，对底层硬件操作方便，代码效率高，方便移植等特点。
为提高控制准确精度，抗干扰能力，在程序代码中加入，用于抗干扰的特殊软件算法和打开硬件看门狗程序。使下位机软件运行更稳定，实现控制的安全可靠。
三、结语
设备经现场试用，系统整体运行稳定，提高了集中供热的自动化水平和供热效率，改善了供热质量。同时人机界面友好，可适应不同用户的监控需求。
参考文献
[1]樊昌信,张甫翊,徐炳祥等.通信原理[M].北京：国防工业出版社,2001
[2]童爱红,张琦,胡光兵.Delphi7应用教程[M].北京：清华大学出版社,2004
[3]柯节成.简明电子元器件手册[K].北京：高等教育出版社,1991
作者简介：
陈伦卿（1974-），安徽砀山人，中级职称，毕业于安徽大学无线电技术专业，现从事铁路电务技术管理工作。