【導(dǎo)讀】目前，我國(guó)的供水事業(yè)已經(jīng)由傳統(tǒng)的塔式供水、人為管理向現(xiàn)代恒壓供水、智能化管理轉(zhuǎn)變。了適應(yīng)我國(guó)的供水事業(yè)發(fā)展的要求，建立自動(dòng)化供水站?；赩B、以西門子S7-200系列PLC為核心的智能化供水控制系統(tǒng)。本智能恒壓供水系統(tǒng)的基本控制。的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以達(dá)到管網(wǎng)內(nèi)供水壓力穩(wěn)定和節(jié)約電能的目的。采用該方法設(shè)計(jì)的供水控制。用于生活生產(chǎn)供水當(dāng)中。隨著我國(guó)城鄉(xiāng)建設(shè)的迅速發(fā)展,水、電供應(yīng)不足的矛盾越來(lái)越成為人們關(guān)注的問題。例如,人們?nèi)粘Ｉ钪械挠盟吭絹?lái)越大,一天中的用水量的波動(dòng)也越來(lái)越大。系統(tǒng)中,水泵的選取往往是按最大供水量來(lái)確定,而實(shí)際的用水量在不斷變化。成用戶用水的極大不方便。需要較高的水壓，才能把火勢(shì)撲滅。而且也因發(fā)生火災(zāi)時(shí)水壓不足，撲滅不了火而造成人民利益的巨大損失。人工操作的繁雜勞動(dòng)和精神壓力,又能節(jié)約能源，為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和能源作出貢獻(xiàn)。

　　

【正文】 ing Memory） 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 4） 解釋接口 （ Explanation Interface） 解釋接口又稱人 — 機(jī)界面，它把用戶輸入的信息轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)規(guī)范化的表示形式，然后交給相應(yīng)模塊去處理，把系統(tǒng)輸出的信息轉(zhuǎn)換為用戶易于理解的外部表示形式顯示給用戶，回答用戶提出的 “ 為什么？ ”“ 結(jié)論是如何得出的？ ” 等問題。 5） 知識(shí)獲取（ Knowledge Acquisition） 知識(shí)獲取是指通過人工方法或機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，將某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的事實(shí)性知識(shí)和領(lǐng)域?qū)＜宜赜械慕?jīng)驗(yàn)性知識(shí)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)程序的過程。 圖 供水系統(tǒng)專家控制器結(jié)構(gòu)框圖 專家控制系統(tǒng)有知識(shí)基系統(tǒng)、數(shù)值算法庫(kù)和人－機(jī)接口三個(gè)并發(fā)運(yùn)行的子過程。三個(gè)運(yùn)行子過程之間的通信是通過五個(gè)信箱進(jìn)行的，這五個(gè)信箱即出口信箱（ Outbox）、人口信箱（ In box）、應(yīng)答信箱（ Answer box）、解釋信箱（ Result box）和定時(shí)器信箱（ Timer box）。其工作原理如下圖 ： 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 ４ .２ .２ 專家知識(shí)庫(kù) 知識(shí)庫(kù)用于存放工業(yè)過程控制的領(lǐng)域知識(shí)，由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)（ DB）和學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置（ LA）組成。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)集；學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置的功能是根據(jù)在線獲取的信息，補(bǔ)充或修改知識(shí)庫(kù)內(nèi)容，改進(jìn)系統(tǒng)性能，以提高問題求解能力。事實(shí)集主要包括控制對(duì)象的有關(guān)知識(shí)，如結(jié)構(gòu)、類型、特征等，還包括控制規(guī)則的自適應(yīng)及參數(shù)自調(diào)整方面的規(guī)則。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括控制對(duì)象的參數(shù)變化范圍，控制參數(shù)的調(diào)整范圍及其限幅值，傳感器的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性參數(shù)及閾值，控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)或有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式 等。 本專家控制系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則進(jìn)行知識(shí)表示，這是目前專家系統(tǒng)中使用最廣泛的表示方法，以此為基礎(chǔ)的知識(shí)庫(kù)由大量產(chǎn)生式規(guī)則組成，其規(guī)則一般形式為： （ 1） If 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動(dòng)作 （ 2） If 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動(dòng)作 Else 結(jié)論或動(dòng)作 （ 3） If 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動(dòng)作 ElseIf 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動(dòng)作 ?? 根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想和知識(shí)表示方法，可以得到一系列規(guī)則。例如： R1： If 1電動(dòng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài) And 2電動(dòng)閥門處于關(guān)閉狀態(tài) Then 禁止啟動(dòng)揚(yáng)水泵 ?? R6： If 3水池水位到達(dá)水位上限 Then 關(guān)閉潛水泵 Else 啟動(dòng)潛水泵 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 ?? Ri： If 1水池水位到達(dá)水位上限 Then 1水池水位上限報(bào)警，關(guān)閉 1電動(dòng)閥門 ElseIf 1水池水 位到達(dá)水位下限 Then 1水池水位下限報(bào)警，打開 1電動(dòng)閥門，啟動(dòng)揚(yáng)水泵 ?? 4． 3 監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 根據(jù)實(shí)際的狀況和 的功能，在本供水系統(tǒng)中 基于 Microsoft Visual Basic （ 32 位） Windows 開發(fā)工具 ,設(shè)計(jì)了如 的監(jiān)控界面圖 4. 3，該系統(tǒng)軟件將專家控制應(yīng)用到供水過程的各個(gè)信息控制中。首先根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、供水工藝知識(shí)和現(xiàn)場(chǎng)工況操作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果建立專家知識(shí)庫(kù)，接著根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，最后系統(tǒng)軟件做出準(zhǔn)確的響應(yīng)。 本系統(tǒng)上位機(jī) 對(duì)下位機(jī)的監(jiān)控，是由系統(tǒng)與 PLC 之間通過數(shù)據(jù)接收和發(fā)送完成的?？赏瓿伤厮簧舷孪薜目刂?，水泵和電動(dòng)閥門開關(guān)的控制，電流電壓和流量的監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)的記錄分析等相關(guān)供水任務(wù)。 圖 靈石北莊自動(dòng)供水系統(tǒng)主控制界面 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 4． 4 供水系統(tǒng)監(jiān)控界面程序設(shè)計(jì) 1．本供水系統(tǒng)監(jiān)控界面程序設(shè)計(jì)主要有這幾個(gè)內(nèi)容： 山頂系統(tǒng)、山下系統(tǒng)、系統(tǒng)狀態(tài)、報(bào)警指示、控制系統(tǒng)、報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)等幾部分。界面程序分塊圖如 4. 4： 圖 系統(tǒng)軟件主監(jiān)控界面程序塊設(shè)計(jì)圖 其中： “開始控制”和“退出系統(tǒng)”按鈕。 山頂系統(tǒng)部 分。 山下系統(tǒng)部分。 系統(tǒng)狀態(tài)。 報(bào)警指示。 控制系統(tǒng)。 報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。 系統(tǒng)軟件中的圖標(biāo)說明： （ 1）電動(dòng)閥門開關(guān)狀態(tài)： 綠色手柄 表示 全開 狀態(tài) 紅色手柄 表示 全關(guān) 狀態(tài) 黃色手柄 表示 半開 狀態(tài) （ 2）深水泵和楊水泵開關(guān)狀態(tài)： 綠色泵 表示 啟動(dòng) 狀態(tài) 灰色泵 表示 關(guān)閉 狀態(tài) （ 3）系統(tǒng)中各個(gè)管道狀態(tài)： 藍(lán)色管道表示管道開 通狀態(tài) 藍(lán)白相間管道表示管道開通且有水流狀態(tài) 灰色管道表示管道關(guān)閉狀態(tài) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 2．本監(jiān)控界面程序設(shè)計(jì)內(nèi)容主要實(shí)現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的功能： 1）系統(tǒng)監(jiān)視功能 （ 1） 3個(gè)水池的水位數(shù)據(jù)。其中山頂?shù)?1水池和 2水池，山下的 3水池。 （ 2） 1電動(dòng)閥門和 2電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)。 （ 3）揚(yáng)水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)。 （ 4）供水系統(tǒng)中各個(gè)管道的開通和阻斷狀態(tài)，有水流和無(wú)水流狀態(tài)。 （ 5）供水系統(tǒng)所處的控制方式（手動(dòng)控制方式或自動(dòng)控制方式）。 （ 6）供水系統(tǒng)的供水總流量和本次供水流量。 2）系統(tǒng)控制功能 （ 1） 1電動(dòng)閥門和 2電動(dòng)閥門的開關(guān)狀態(tài)的控制。 （ 2） 揚(yáng)水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)。 3） 軟件保護(hù)功能 （ 1）當(dāng) 1電動(dòng)閥門和 2電動(dòng)閥門都為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，揚(yáng)水泵無(wú)法通過軟件啟動(dòng)。 （ 2）當(dāng) 1水池和 2水池達(dá)到水位上限時(shí)，揚(yáng)水泵無(wú)法通過軟件啟動(dòng)。 （ 3）當(dāng) 3水池達(dá)到水位下限時(shí)，揚(yáng)水泵無(wú)法通過軟件啟動(dòng)。 （ 4）當(dāng) 3水池達(dá)到水位上限時(shí)，深井泵無(wú)法通過軟件啟動(dòng)。 4）軟件報(bào)警功能 （ 1） 揚(yáng)水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)報(bào)警。 （ 2）當(dāng) 1電動(dòng)閥門和 2電動(dòng)閥門 的開關(guān)狀態(tài)報(bào)警。 （ 3） 1水池、 2水池和 3水池的水位上限和下限報(bào)警。 （ 4）系統(tǒng)自動(dòng)和手動(dòng)控制方式的切換報(bào)警。 （ 5）系統(tǒng)欠電壓，揚(yáng)水泵過電流，深井泵過電流報(bào)警 5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù) 本系統(tǒng)軟件還具有數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以完成對(duì)供水系統(tǒng)中的各種報(bào)警記錄的存儲(chǔ)，查詢，顯示，打印。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 第 5 章 數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送 5． 1 串行通信 在 Windows 環(huán)境下，操作系統(tǒng)通過驅(qū)動(dòng)程序控制各硬件資源，不允許用戶在 DOS 環(huán)境下那樣直接對(duì)串口進(jìn)行底層的操作。為此， Visual Basic 提供了一個(gè)串行通訊控件：MSComm 控件。上位監(jiān)控機(jī)只需設(shè)置和監(jiān)視 MSComm 控件的屬性和事件，就可以輕而易舉地實(shí)現(xiàn)串行通信。 串行數(shù)據(jù)通信是指以二進(jìn)制的位（ bit）為單位的數(shù)據(jù)傳輸方式，每次只傳送一位，除了公共線外，在一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸方向上只需要一根數(shù)據(jù)線，這根線既作為數(shù)據(jù)線又作為通信聯(lián)絡(luò)控制線，數(shù)據(jù)信號(hào)和聯(lián)絡(luò)信號(hào)在這根線上按位進(jìn)行傳送。通過串行通信與并行通信比較可知，串行通信適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，而并行通信只適合于近距離數(shù)據(jù)傳輸。由于本供水系統(tǒng)控制室與控制開關(guān)距離較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸路線較長(zhǎng)，因此選擇串行通信。串行通信以 RS232 和 RS485 為代表，二者各有其應(yīng)用領(lǐng)域，使用的范圍也不盡相同，但二者卻都有屬于串行通信的方法，以下分別介紹這兩種方法： 1） RS232 通信端口是每臺(tái)計(jì)算機(jī)上的必要配置，通常有 COM1 與 COM2 兩個(gè)端口，新一代的計(jì)算機(jī)均以 9 引腳的接頭接出所有的 RS232 通信端口。 RS232 的最大傳輸距離在不另加緩沖器的情況下只有 15 米，可是工業(yè)環(huán)境通常有噪聲干擾傳輸線路，在用 RS232作為傳輸時(shí)經(jīng)常會(huì)受到外界的電氣干擾而使信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤；如果有噪聲進(jìn)入到傳輸線路中的話，可能會(huì)產(chǎn)生干擾，干擾信號(hào)在地線和信號(hào)上均會(huì)產(chǎn)生影響，原 始信號(hào)在加上干擾信號(hào)后依然傳送到接收端；而地線部分的信號(hào)則被地電位給抵消掉了，因此，信號(hào)便發(fā)生了扭曲，當(dāng)然整個(gè)信號(hào)就都不對(duì)了。如圖 所示： 圖 RS232信號(hào)與噪聲圖 傳輸端 接收端 信號(hào)電壓 干擾信號(hào) 接地端 1 接地端 2 噪聲 噪聲 原始信號(hào) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 2）為了解決上述問題， RS485 的通信方式就應(yīng)運(yùn)而生了。 RS485 的信號(hào)在傳送出去之前會(huì)分解成正負(fù)的兩條線路，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號(hào)相減還原成原來(lái)的信號(hào)。如果將原始的信號(hào)標(biāo)注為（ DT）， 而被分解后的信號(hào)分別標(biāo)注為（ D+）和（ D）， 則原始信號(hào)與分解后的信號(hào)在由傳輸端傳送出去時(shí)的運(yùn)算關(guān)系如下： （ DT） =（ D+） （ D） 同樣的，接收端在接收到信號(hào)后，也按上式的關(guān)系將信號(hào)還原成原來(lái)的樣子。而如果此線路受到干擾，其情況可能如圖 所示： 圖 RS485信號(hào)與噪聲圖 這時(shí)候在兩條傳輸線上的信號(hào)會(huì)分別成為 (D+)+Noise 和 (D)+Noise，如果接收端接收此信號(hào)，它必須按照一定的方式將其合成，合成的方程式如下： （ DT） =[(D+)+Noise][(D)+Noise] 此方程式與前一方程式的結(jié)果是一樣的。 所以使用 RS485 網(wǎng)絡(luò)可以有效的防止噪聲干擾，也正因?yàn)檫@種特性 ，工業(yè)上比較適合用這種串行傳輸方式。 RS422 和 RS485 則分別使用全雙工、半雙工。通常在市面上看到的 RS485 屬于半雙工，而 RS422 則屬于全雙工，并且在本系統(tǒng)中“半雙工”狀態(tài)即可滿足了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。 5． 2 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收指令 本供水系統(tǒng)的主控制器采用的是西門子 S7200 系列 PLC，它的 PLC 通信功能較強(qiáng)，用戶可以選擇多種控制方式的一種。其控制方式有：?jiǎn)沃髡痉绞健⒍嘀髡痉绞胶褪褂谜{(diào)制解調(diào)器的遠(yuǎn)程通信方式等。本系統(tǒng)所采用的是單主站方式。在 Windows 或 Windows NT 操作系統(tǒng)下，通過 STEP7Micro/WIN32 編程軟件對(duì) PLC 進(jìn)行編程、下載程序后，通過使用PC/PPI 電纜和自由端口通信功能，便可 實(shí)現(xiàn)個(gè)人計(jì)算機(jī)與 PLC 之間的串行通信 [6]。該通信方式數(shù)據(jù)收、發(fā)情況如下： 噪聲 傳輸端 接收端 信號(hào)電壓 接地端 1 接地端 2 串音 地電壓 噪聲 噪聲 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 1）發(fā)送和接收指令 發(fā)送指令（ XMT）：用于在自由口模式下依靠通訊口發(fā)送數(shù)據(jù)。 接收指令（ RCV）：用于啟動(dòng)或者終止接收信息功能，為接收操作指令開始和結(jié)束條件。 使 ENO=0 的錯(cuò)誤條件： 。 0006（間接尋址） 。 0009（在 Port0 同時(shí)發(fā)送和接收） 。 000B（在 Port1 同 時(shí)發(fā)送和接收） 。 RCV參數(shù)錯(cuò)誤，位置 或者 。 S7200CPU沒有處于自由口模式 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收?qǐng)D如下圖 ： XMT E N E N O T B L P O R T RCV E N E N O T B L P O R T 字符數(shù) 起始 字符 數(shù)據(jù)區(qū) 結(jié)束 字符 發(fā)送指令 接收指令 緩沖區(qū)格式 圖 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收?qǐng)D 將 PPI 通訊轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂煽谀Ｊ? SMB30 和 SMB130 分別配置通訊口 0 和通訊口 1，并且為自由口操作提供波特率、校驗(yàn)和數(shù)據(jù)位數(shù)的選擇。自由口的控制字節(jié)如下，每一個(gè)配置都產(chǎn)生一個(gè)停止位。 MSB LSB 7 0 p p d b b b m m 其中： SMB30 = 端口 0 SMB130= 端口 1 pp： 校驗(yàn)選擇 00= 不校驗(yàn) 01= 偶校驗(yàn) 10= 不校驗(yàn) 11= 奇校驗(yàn) d： 每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位 0 = 每個(gè)字符 8 位 1=每個(gè)字符 7 位 bbb： 自由口波特率 000=38， 400 波特 001=19， 200 波特 010=9， 600 波特 011=4， 800 波特 100=2， 400 波特 101=1， 200 波特