【正文】 在 STEP7 中，有 3 種編程語(yǔ)言可用來(lái)編程，分別是梯形圖（ LAD）、語(yǔ)句表（ STL）和 功能塊（ FBD） ， 這里我們采用梯形圖編程。 整 個(gè)系統(tǒng) 的控制 軟件分為上位機(jī)監(jiān)控軟件和現(xiàn)場(chǎng) PLC 控制軟件。達(dá)到有故障早發(fā)現(xiàn)，早處理?？刂瞥绦?qū)⑺脝⑼４螖?shù)及運(yùn)行時(shí)間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動(dòng)記錄累計(jì)。 系統(tǒng)根據(jù)蓄水池、各個(gè)水源井的水位和壓力控制原則，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)各個(gè)水源井中水泵運(yùn)行狀態(tài)的改變。 在本系統(tǒng)中， 監(jiān)控軟件 我們 選用 北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司 的通用版本的 MCGS作為工控機(jī)的應(yīng)用軟件 ，上位機(jī)與 PLC之間通過(guò) 自由端口 進(jìn)行通信，可通過(guò)上位機(jī)的控制界面實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能 , 實(shí)現(xiàn)了對(duì)水廠各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)歷史數(shù)據(jù)的記錄和對(duì)相關(guān)被控對(duì)象的報(bào)警等相關(guān)功能。 圖 32 主分站 PLC的外部接線圖 廠區(qū) 主分站 上位 控制的設(shè)計(jì) 廠區(qū)主分站上位控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn) 在 電腦上用 組態(tài)畫(huà)面上動(dòng)態(tài)監(jiān)控 各個(gè)水源井水泵的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超時(shí)報(bào)警，故障點(diǎn)自動(dòng)閃爍，具有故障記錄，支持歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。 經(jīng)各方面的考慮我們?cè)诖酥鞣终局胁捎?CPU224 XP 的 PLC， 及一塊 模擬量的控制用擴(kuò)展模塊EM235 來(lái)實(shí)現(xiàn) ，其 廠區(qū)主控制室控制系統(tǒng)的 PLC 選型如表 31 所示： 表 31 廠區(qū)主控制室控制系統(tǒng)的 PLC選型 輸入信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 輸出信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 蓄水池 水位信號(hào) 1（ AI） 低 水位報(bào)警信號(hào) 1 出水管路流量 1（ AI） 高水位報(bào)警信號(hào) 1 管路流量報(bào)警信號(hào) 1 故障報(bào)警信號(hào) 1 合計(jì) 數(shù)字 0 I/4 O ；模擬 2 I 此站中的 PLC 外部接線圖如圖 32 所示 ， 其中 ， 為 故障 報(bào)警， 為管路流量報(bào)警 。 電控柜主要的元器件主要包括 PLC和各種電氣控制元器件。 為完成本系統(tǒng)控制功能的要求， 廠區(qū) 主分站 系統(tǒng)主要 由以下幾部份組成 ，如圖 31 所示 ： A 主機(jī)： PC 或服務(wù)器； B 系統(tǒng)軟件：含數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)庫(kù)處理； C 數(shù)傳電臺(tái)：采用功率較大、連續(xù)工作能力強(qiáng)的數(shù)傳電臺(tái)，因?yàn)橹行恼镜墓ぷ髫?fù)荷較重，特別是在分站較多時(shí)，發(fā)射頻度會(huì)很高； D 直流穩(wěn)壓電源：要求抗高頻干擾能力強(qiáng) 、紋波小、并有足夠的帶載能力及連續(xù)工作能力 （ 最好還具有電流電壓指示、過(guò)流、過(guò)壓保防雷護(hù)及等功能，一般選用線性電源為好 ） ； E 天饋系統(tǒng)：一般采用全向高增益天線及低損耗饋線或饋管并配上優(yōu)質(zhì)的高 頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號(hào)質(zhì)量；多雷地區(qū)應(yīng)按要求架設(shè)避雷針、配上同軸避雷器。缺點(diǎn)是成本較高、必須要收發(fā)異頻工作，另外由于受帶寬的限制及轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中信號(hào)失真的影響，對(duì)高于2400bps 的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行模擬中繼就會(huì)產(chǎn)生較大的誤碼，對(duì)某些特殊調(diào)制方式的數(shù)據(jù)信號(hào)(如 GMSK 或 CPFSK 等 )則根本無(wú)法進(jìn)行中繼。 2. 全雙工模擬中繼 ： 找一個(gè)制高點(diǎn)架設(shè)一個(gè)全雙工模擬中繼臺(tái)（最好配上具有良好隔離度、低插入損耗的雙工器，這樣只需架設(shè)一條天線），該中繼臺(tái)的作用是把中心站（或分站）發(fā)來(lái)的載波信號(hào)不經(jīng)過(guò)解調(diào)恢復(fù)成數(shù)據(jù)信號(hào)這一過(guò)程，直接把接收機(jī)收到的模擬信號(hào)同時(shí)調(diào)制到發(fā)射機(jī)上轉(zhuǎn)發(fā)給分站（或中心站）。缺點(diǎn)是半雙工數(shù)字中 繼方式的實(shí)時(shí)性較差，并且需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等處理工作 ,有一定的軟件工作量，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)話音中繼，因此需要中繼的分站不能與中心自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 24 站及其他分站進(jìn)行通話。 如果系統(tǒng)中某一個(gè)或幾個(gè)分站或全部分站因?yàn)橥ㄓ嵕嚯x太遠(yuǎn)或高山、建筑物阻隔等原因無(wú)法直接與中心站進(jìn)行通訊，此時(shí)需要通過(guò)架設(shè)中繼臺(tái)才能與中心站通訊，有二種中繼方案 ： 1. 數(shù)字中繼 :找一個(gè)制高點(diǎn)架設(shè)一個(gè)全雙工或半雙工數(shù)字中繼臺(tái)（可以是普通數(shù)傳電臺(tái)與帶數(shù)據(jù)中繼功能的 MODEM 的組合），該中繼臺(tái)的作用是把中心站（或分站）發(fā)來(lái)的載波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)成數(shù)據(jù)信號(hào)，再把數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到發(fā)射機(jī)上轉(zhuǎn)發(fā)給分站（或中心站）。 由圖可知，我們可以很方便的通過(guò) DB9 母型插座及相連的數(shù)據(jù)線來(lái)實(shí)現(xiàn)與各分站控制柜相關(guān)設(shè)備的相連。 日精 ND250A 是功能比較好的一種數(shù)產(chǎn)電臺(tái)，能很好的滿足本系統(tǒng)的要求。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)傳電臺(tái)實(shí)時(shí)上傳至 主分站 。 結(jié)合實(shí)際情況，本系統(tǒng)我們采用了日精 ND250A 的數(shù)傳電臺(tái)，其在系統(tǒng) 中的應(yīng)用圖如圖 26所示： 圖 26 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)傳電臺(tái) ND250A 的應(yīng)用 本 系統(tǒng)由一個(gè) 主分站 和 5 個(gè)分站組成。 由于系統(tǒng)點(diǎn)多而分散 ,所以非常適合采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，中心臺(tái)與分臺(tái)通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行通訊連接，具體在中心臺(tái)和分臺(tái)各連接一臺(tái)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)，各分臺(tái)監(jiān)控設(shè)備能實(shí)時(shí)采集和記錄每個(gè)點(diǎn)的 相關(guān)數(shù)據(jù)信息情況 ，并通過(guò)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)發(fā)送給中心臺(tái)；中心臺(tái)工作人員自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 22 作出判斷并發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備的運(yùn)行。 根據(jù)本控制系統(tǒng)的要求，我們?cè)诖瞬捎?西門(mén)子 的 MicroMaster430 型變頻器 。通過(guò)自控系統(tǒng)的 PLC或利用變頻器本體的 PID 調(diào)節(jié)，可以讓變頻器自動(dòng)調(diào)速，保持 水源井水位穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)取水泵房的無(wú)人值守，高效、優(yōu)質(zhì)供水。具體地 說(shuō)，主分站 PLC 的 能遠(yuǎn)程 實(shí)現(xiàn) 深井泵的啟?？刂?，而深井泵的壓力、電壓、電流和過(guò)載故障信號(hào)則由主分站 PLC進(jìn)行讀取。 水位檢測(cè)、流量檢測(cè)：超聲波水位計(jì)、超聲波流量計(jì)信號(hào)接入 。 如圖 23 和圖 24 所示 ， 其中 ， 水位報(bào)警， 為 PLC報(bào)警， 為管路流量報(bào)警 。 在本系統(tǒng)中需要輸入輸出的信號(hào)如表 1 所示： 表 21 水源地控制系統(tǒng)的 PLC選型 輸入信號(hào) 數(shù)量 （個(gè)） 輸出信號(hào) 數(shù)量（個(gè)） 主 水泵 起動(dòng)信號(hào) 1 主 電機(jī)啟動(dòng)信號(hào) 1 水泵停止信號(hào) 1 主 電機(jī)停止信號(hào) 1 深水井水位信號(hào) 1（ AI） 水位報(bào)警信號(hào) 1 主 水泵運(yùn)行信號(hào) 1 PLC 報(bào)警信號(hào) 1 主 電機(jī)電壓信號(hào) 1（ AI） 管路流量報(bào)警 1 主 電機(jī)電流信號(hào) 1（ AI） 變頻器控制信號(hào) 1（ AO） 自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 20 管路流量信號(hào) 1（ AI） 備用電機(jī)啟動(dòng)信號(hào) 1 備用水泵起動(dòng)信號(hào) 1 備用電機(jī)停止信號(hào) 1 備用水泵運(yùn)行信號(hào) 1 備用電機(jī)電壓信號(hào) 1（ AI） 備用電機(jī)電流信號(hào) 1（ AI） 自動(dòng) /就地 /遠(yuǎn)程 3 合計(jì) 數(shù)字 8 I/ 7 O。其中， 數(shù)據(jù)采集主要由PLC 實(shí)現(xiàn)， PLC 通過(guò)超聲波水位計(jì)連續(xù)檢測(cè)水源井的水位，將水位信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理；電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵軸溫、水管流量等傳感器，主要用于檢測(cè)水泵、電機(jī)的運(yùn)行； PLC采集系統(tǒng)中 的各個(gè)設(shè)備狀態(tài)的開(kāi)關(guān)量信號(hào)進(jìn)行處理，控制水泵的啟?！，F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權(quán)，只有將狀態(tài)開(kāi)關(guān)打到自動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)控制程序才起作用。 E 天饋系統(tǒng)：一般采用定向高增益天線及低損耗饋線并配上優(yōu)質(zhì)的高頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號(hào)質(zhì)量；多雷地區(qū)應(yīng)配上同軸避雷器； 每個(gè)分站的定向天線一般應(yīng)對(duì)準(zhǔn)中心站的全向天線。 C 數(shù)傳電臺(tái)： 因各分站系統(tǒng)在環(huán)境較惡劣的野外，且與自來(lái)水公司相距 較遠(yuǎn) ， 因此，需要 選擇環(huán)境特性良好的 、功率較大的、 守候電流較小的數(shù)傳電臺(tái) 。其中， 系統(tǒng)采集與檢測(cè)的數(shù)據(jù) 有 ：模擬量為電機(jī)電流、電機(jī)溫度、水泵軸溫、出水口壓力、深水井水位；數(shù)字量為電機(jī)故障點(diǎn)。 同時(shí)， 水泵在運(yùn)行期間出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，應(yīng)緊急停： 水泵不上水； 水泵或電機(jī)有異狀； 電機(jī)或電氣設(shè)備冒火和冒煙； 甭提嚴(yán)重漏水。 各 PLC 分布控制站主要負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)傳感器的信號(hào)，除了把信號(hào)轉(zhuǎn)換后 通過(guò)遠(yuǎn)程數(shù)傳電臺(tái) 傳給上位機(jī)，由上位機(jī)進(jìn)行顯示和控制外還要根據(jù)控制要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制柜和執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的控制，所以各分站 PLC 不但具有中心控制的作用，還具有數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站的作用。 自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 17 第 2 章 水源地 分站 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 水源地分站系統(tǒng)的 概述 水源地分站系統(tǒng)的 主要功能是完成站內(nèi)供水泵 的 工作狀態(tài)、運(yùn)行電流、工作電壓、供水流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集， 實(shí) 時(shí)向 自來(lái)水公司的 供水調(diào)度 SCADA 系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，接受反饋回來(lái)的信息；同時(shí)隨時(shí)接受、執(zhí)行 自來(lái)水公司的 供水調(diào)度主機(jī)發(fā)來(lái)的指令，將所采集的有關(guān)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)?自來(lái)水公司的主 控室。 這兒我們采用香港紅潤(rùn)的 數(shù)顯儀來(lái)顯示 相關(guān)的數(shù)據(jù) 。 本系統(tǒng)中 需要變送器轉(zhuǎn)換的參數(shù)信息有壓力、流量等。 一般分為：溫度/濕度變送器，壓力變送器，差壓變送器，液位變送器，電流變送器，電量變送器，流量變送器，重量變送器等。 變送器的應(yīng)用 變送器（ transmitter） ： 將物理測(cè)量信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。 2. 傳感器的動(dòng)態(tài)特性是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí) ，它的輸出的特性。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。 根據(jù) 所采集的不同參數(shù)，選擇相應(yīng)的傳感器 有 溫度、壓力、流量等 傳感器 。 通過(guò)傳感器， 控制設(shè)備 能“感知”生產(chǎn)進(jìn)行的情況，將參數(shù)在顯示器上顯示。 傳感器的應(yīng)用 傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。 其它組成部分 本系統(tǒng) 除了以上的幾個(gè) 重要的組成部分外，還有一些其它的 硬件設(shè)備。電源及鍵盤(pán)均自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 15 帶有電子鎖開(kāi)關(guān)，可防止非法開(kāi)、關(guān)和非法鍵盤(pán)輸入?？刹捎脽o(wú)源母板（底板），方便系統(tǒng)升級(jí)。 CPU 及各功能模塊皆使用插板式結(jié)構(gòu)，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動(dòng)能力。 同時(shí) 具有自診斷功能 和 “ 看門(mén)狗 ”定時(shí) 器，在因故障死機(jī)時(shí)，無(wú)需人的干預(yù)而自動(dòng)復(fù)位。 工控機(jī)（ Industrial Personal Computer— IPC）即工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是一種加固的增強(qiáng)型 個(gè)人計(jì)算機(jī) ，專(zhuān)門(mén)為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的 ， 它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在 工業(yè) 環(huán)境中可靠運(yùn)行 ， 并在 屏幕上顯示各種信號(hào)變化（液壓，水位，溫度等）。 7. 在線幫助：系統(tǒng)提供在線幫助信息，操作員遇到問(wèn)題能及時(shí)得到幫助和指導(dǎo)。 5. 打印輸出：系統(tǒng)能定時(shí)或時(shí)時(shí)打印故障信息、 水源井 的液 壓 、 水的 流量、 水泵電機(jī)電流 等信息。 3. 實(shí)時(shí)監(jiān)控：動(dòng)態(tài)顯示 水源井 的液 壓 、閥泵的開(kāi) /關(guān)狀態(tài)等，模擬水流、自動(dòng)控制泵閥的開(kāi)關(guān)、流量的大小和 電機(jī)電流 等。 該 控制系統(tǒng) 通過(guò)組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)下列 功能 ： 1. 運(yùn)行方式：自動(dòng)運(yùn)行和手動(dòng)操作相結(jié)合 。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、 可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。一旦發(fā) 現(xiàn)故障報(bào)警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報(bào)警畫(huà)面，向 PLC發(fā)出相應(yīng)動(dòng)作指令，保存并記憶故障發(fā)生的時(shí)間、方位和原因等原始數(shù)據(jù)，還可根據(jù)客戶(hù)需求保存歷史數(shù)據(jù)、定時(shí)、實(shí)時(shí)打印數(shù)據(jù)。 自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 14 另外，組態(tài)軟件還具有接口開(kāi)放、使用靈活、功能多樣、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。 4. 實(shí)時(shí)多任務(wù) ： 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（ SCADA）、數(shù)據(jù)處理與算法實(shí)現(xiàn)、圖形顯示與人機(jī)對(duì)話、實(shí)時(shí)通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等多個(gè)任務(wù) 可以通過(guò)組態(tài)，在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上同時(shí)運(yùn)行。 2. 易學(xué)易用 ： 通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶(hù)使用的方法 包裝起來(lái)，對(duì)于用戶(hù)，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能 。 組態(tài)軟件的 特點(diǎn) 組態(tài)軟件使用戶(hù)能根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的任意地 完成 組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制任務(wù)，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的可靠性。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程圖形畫(huà)面；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)現(xiàn)場(chǎng)控制點(diǎn)的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應(yīng)用程序交換和數(shù)據(jù)；控制功能組件用于生成監(jiān)控所需要的控制策略。 組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在軟件設(shè)計(jì)上由于采用成熟的工控專(zhuān)用組態(tài)軟件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，軟件開(kāi)發(fā)周期大大縮短了。 采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上，除采用工業(yè) PC 機(jī)外，系統(tǒng)大量采用各自來(lái)水公司供水系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制 13 種成熟通 用的 I/O 接口設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，基本不再需要單獨(dú)進(jìn)行具體電路的設(shè)計(jì)。 組態(tài)（ Configuration）的意思就是模塊的任意組合 ，是指用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，使計(jì)算機(jī)或軟件按照配置自動(dòng)地執(zhí)行特定的任務(wù)，以滿足使用者的要求 。同時(shí)也減少了一些硬件的投入。