【導(dǎo)讀】目前，我國的供水事業(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)我國的供水事業(yè)發(fā)展的要求，建立自動化供水站。在智能化供水的研究基礎(chǔ)上，本文設(shè)計了一種?；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。的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，以達到管網(wǎng)內(nèi)供水壓力穩(wěn)定和節(jié)約電能的目的。用于生活生產(chǎn)供水當中。隨著我國城鄉(xiāng)建設(shè)的迅速發(fā)展,水、電供應(yīng)不足的矛盾越來越成為人們關(guān)注的問題。例如,人們?nèi)粘Ｉ钪械挠盟吭絹碓酱?一天中的用水量的波動也越來越大。系統(tǒng)中,水泵的選取往往是按最大供水量來確定,而實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，才能把火勢撲滅。這樣，塔式供水不但在建造水塔時造成經(jīng)濟的浪費，而且也因發(fā)生火災(zāi)時水壓不足，撲滅不了火而造成人民利益的巨大損失。

　　

【正文】 數(shù)據(jù)庫 ” 。它是用于存放推理的初始證據(jù)、 中間結(jié)果以及最終結(jié)果等的工作存儲器（ Working Memory） 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 4） 解釋接口 （ Explanation Interface） 解釋接口又稱人 — 機界面，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） 知識獲取（ Knowledge Acquisition） 知識獲取是指通過人工方法或機器學(xué)習(xí)的方法，將某個領(lǐng)域內(nèi)的事實性知識和領(lǐng)域?qū)＜宜赜械慕?jīng)驗性知識轉(zhuǎn)化為計算機程序的過程。 圖 供水系統(tǒng)專家控制器結(jié)構(gòu)框圖 專家控制系統(tǒng)有知識基系統(tǒng)、數(shù)值算法庫和人－機接口三個并發(fā)運行的子過程。三個運行子過程之間的通信是通過五個信箱進行的，這五個信箱即出口信箱（ 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（論文） 28 圖 ４ .２ .２ 專家知識庫 知識庫用于存放工業(yè)過程控制的領(lǐng)域知識，由經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫（ DB）和學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置（ LA）組成。經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫主要存儲經(jīng)驗和事實集；學(xué)習(xí)與適應(yīng)裝置的功能是根據(jù)在線獲取的信息，補充或修改知識庫內(nèi)容，改進系統(tǒng)性能，以提高問題求解能力。事實集主要包括控制對象的有關(guān)知識，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)驗數(shù)據(jù)包括控制對象的參數(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)、動態(tài)特性參數(shù)及閾值，控制系統(tǒng)的 性能指標或有關(guān)的經(jīng)驗公式等。 本專家控制系統(tǒng)采用產(chǎn)生式規(guī)則進行知識表示，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)的知識庫由大量產(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)論或動作 （ 2） If 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動作 Else 結(jié)論或動作 （ 3） If 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動作 ElseIf 條件 1 And 條件 2 ? And 條件 n Then 結(jié)論或動作 ?? 根據(jù)上述設(shè)計思想和知識表示方法，可以得到一系列規(guī)則。例如： R1： If 1電動閥門處于關(guān)閉狀態(tài) And 2電動閥門處于關(guān)閉狀態(tài) Then 禁止啟動揚水泵 ?? R6： If 3水池水位到達水位上限 Then 關(guān)閉潛水泵 Else 啟動潛水泵 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 ?? Ri： If 1水池水位到達水位上限 Then 1水池水位上限報警，關(guān)閉 1電動閥門 ElseIf 1水池水位到達水位下限 Then 1水池水位下限報警，打開 1電動閥門，啟動揚水泵 ?? 4． 3 監(jiān)控界面設(shè)計 根據(jù)實際的狀況和 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信息控制中。首先根據(jù)專家經(jīng)驗知識、供水工藝知識和現(xiàn)場工況操作數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果建立專家知識庫，接著根據(jù)專家知識庫對所接收的數(shù)據(jù)進行分析判斷，最后系統(tǒng)軟件做出準 確的響應(yīng)。 本系統(tǒng)上位機對下位機的監(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。可完成水池水位上下限的控制，水泵和電動閥門開關(guān)的控制，電流電壓和流量的監(jiān)測，數(shù)據(jù)的記錄分析等相關(guān)供水任務(wù)。 圖 靈石北莊自動供水系統(tǒng)主控制界面 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 4． 4 供水系統(tǒng)監(jiān)控界面程序設(shè)計 1．本供水系統(tǒng)監(jiān)控界面程序設(shè)計主要有這幾個內(nèi)容： 山頂系統(tǒng)、山下系統(tǒng)、系統(tǒng)狀態(tài)、報警指示、控制系統(tǒng)、報警數(shù)據(jù)庫等幾部分。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)。 報警指示。 控制系統(tǒng)。 報警數(shù)據(jù)庫。 系統(tǒng)軟件中的圖標說明： （ 1）電動閥門開關(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 狀態(tài) 灰色泵 表示 關(guān)閉 狀態(tài) （ 3）系統(tǒng)中各個管道狀態(tài)： 藍色管道表示管道開通狀態(tài) 藍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（論文） 31 2．本監(jiān)控界面程序設(shè)計內(nèi)容主要實現(xiàn)了以下幾個方面的功能： 1）系統(tǒng)監(jiān)視功能 （ 1） 3個水池的水位數(shù)據(jù)。其中山頂?shù)?1水池和 2水池，山下的 3水池。 （ 2） 1電動閥門和 2電動閥門的開關(guān)狀態(tài)。 （ 3）揚水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)。 （ 4）供水系統(tǒng)中各個管道的開通和阻斷狀態(tài)，有水流和無水流狀態(tài)。 （ 5）供水系統(tǒng)所處的控制方式（手動控制方式或自動控制方式）。 （ 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電動閥門和 2電動閥門的開關(guān)狀態(tài)的控制。 （ 2） 揚水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)。 3） 軟件保護功能 （ 1）當 1電動閥門和 2電動閥門都為關(guān)閉狀態(tài)時，揚水泵無法通過軟件啟動。 （ 2）當 1水池和 2水池達到水位上限時，揚水泵無法通過軟件啟動。 （ 3）當 3水池達到水位下限時，揚水泵無法通過軟件啟動。 （ 4）當 3水池達到水位上限時，深井泵無法通過軟件啟動。 4）軟件報警功能 （ 1） 揚水泵和深井泵的開關(guān)狀態(tài)報警。 （ 2）當 1電動閥門和 2電動閥門的開關(guān)狀態(tài)報警。 （ 3） 1水池、 2水池和 3水池的水位上限和下限報警。 （ 4）系統(tǒng)自動和手動控制方式的切換報警。 （ 5）系統(tǒng)欠電壓，揚水泵過電流，深井泵過電流報警 5）系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫 本系統(tǒng)軟件還具有數(shù)據(jù)庫功能，可以完成對供水系統(tǒng)中的各種報警記錄的存儲，查詢，顯示，打印。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（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)境下那樣直接對串口進行底層的操作。為此， Visual Basic 提供 了一個串行通訊控件：MSComm 控件。上位監(jiān)控機只需設(shè)置和監(jiān)視 MSComm 控件的屬性和事件，就可以輕而易舉地實現(xiàn)串行通信。 串行數(shù)據(jù)通信是指以二進制的位（ 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)信號和聯(lián)絡(luò)信號在這根線上按位進行傳送。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，數(shù)據(jù)傳輸路線較長，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 通信端口是每臺計算機上的必要配置，通常有 COM1 與 COM2 兩個端口，新一代的計算機均以 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作為傳輸時經(jīng)常會受到外界的電氣干擾而使信號發(fā)生錯誤；如果有噪聲進入到傳輸線路中的話，可能會產(chǎn)生干擾，干擾信號在地線 和信號上均會產(chǎn)生影響，原始信號在加上干擾信號后依然傳送到接收端；而地線部分的信號則被地電位給抵消掉了，因此，信號便發(fā)生了扭曲，當然整個信號就都不對了。如圖 所示： 圖 RS232信號與噪聲圖 傳輸端 接收端 信號電壓 干擾信號 接地端 1 接地端 2 噪聲 噪聲 原始信號 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 2）為了解決上述問題， RS485 的通信方式就應(yīng)運而生了。 RS485 的信號在傳送出去之前會分解成正負的兩條線路，當?shù)竭_接收端后，再將信號相減還原成原來的信號。如果將原始的信號標注為（ DT）， 而被分解后的信號分別標注為（ D+）和（ D）， 則原始信號與分解后的信號在由傳輸端傳送出去時的 運算關(guān)系如下： （ DT） =（ D+） （ D） 同樣的，接收端在接收到信號后，也按上式的關(guān)系將信號還原成原來的樣子。而如果此線路受到干擾，其情況可能如圖 所示： 圖 RS485信號與噪聲圖 這時候在兩條傳輸線上的信號會分別成為 (D+)+Noise 和 (D)+Noise，如果接收端接收此信號，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，也正因為這種特性，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，用戶可以選擇多種控制方式的一種。其控制方式有：單主站方式、多主站方式和使用調(diào)制解調(diào)器的遠程通信方式等。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 PLC 進行編程、下載程序后，通過使用PC/PPI 電纜和自由端口通信功能，便可 實現(xiàn)個人計算機與 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（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 的錯誤條件： 。 0006（間接尋址） 。 0009（在 Port0 同時發(fā)送和接收） 。 000B（在 Port1 同時發(fā)送和接收） 。 RCV參數(shù)錯誤，位置 或者 。 S7200CPU沒有處于自由口模式 數(shù)據(jù)發(fā)送和接收圖如下圖 ： 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)送和接收圖 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，每一個配置都產(chǎn)生一個停止位。 MSB LSB 7 0 p p d b b b m m 其中： SMB30 = 端口 0 SMB130= 端口 1 pp： 校驗選擇 00= 不校驗 01= 偶校驗 10= 不校驗 11= 奇校驗 d： 每個字符的數(shù)據(jù)位 0 = 每個字符 8 位 1=每個字符 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