【正文】 在 STEP7 中，有 3 種編程語言可用來編程，分別是梯形圖（ LAD）、語句表（ STL）和 功能塊（ FBD） ， 這里我們采用梯形圖編程。 整 個系統(tǒng) 的控制 軟件分為上位機監(jiān)控軟件和現(xiàn)場 PLC 控制軟件。達到有故障早發(fā)現(xiàn)，早處理。控制程序將水泵啟停次數(shù)及運行時間和管路使用次數(shù)及流量等參數(shù)自動記錄累計。 系統(tǒng)根據(jù)蓄水池、各個水源井的水位和壓力控制原則，自動實現(xiàn)各個水源井中水泵運行狀態(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)自動化軟件科技有限公司 的通用版本的 MCGS作為工控機的應用軟件 ，上位機與 PLC之間通過 自由端口 進行通信，可通過上位機的控制界面實現(xiàn)對控制對象的實時監(jiān)控功能 , 實現(xiàn)了對水廠各個系統(tǒng)的實時監(jiān)測，以及對歷史數(shù)據(jù)的記錄和對相關被控對象的報警等相關功能。 圖 32 主分站 PLC的外部接線圖 廠區(qū) 主分站 上位 控制的設計 廠區(qū)主分站上位控制系統(tǒng)主要實現(xiàn) 在 電腦上用 組態(tài)畫面上動態(tài)監(jiān)控 各個水源井水泵的運行狀態(tài)，實時顯示水位、流量、壓力、溫度、電流、電壓等參數(shù)，超時報警，故障點自動閃爍，具有故障記錄，支持歷史數(shù)據(jù)查詢等功能。 經各方面的考慮我們在此主分站中采用 CPU224 XP 的 PLC， 及一塊 模擬量的控制用擴展模塊EM235 來實現(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 數(shù)量（個） 輸出信號 數(shù)量（個） 蓄水池 水位信號 1（ AI） 低 水位報警信號 1 出水管路流量 1（ AI） 高水位報警信號 1 管路流量報警信號 1 故障報警信號 1 合計 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 報警， 為管路流量報警 。 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： PC 或服務器； B 系統(tǒng)軟件：含數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)庫處理； C 數(shù)傳電臺：采用功率較大、連續(xù)工作能力強的數(shù)傳電臺，因為中心站的工作負荷較重，特別是在分站較多時，發(fā)射頻度會很高； D 直流穩(wěn)壓電源：要求抗高頻干擾能力強 、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、過流、過壓保防雷護及等功能，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)質的高 頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號質量；多雷地區(qū)應按要求架設避雷針、配上同軸避雷器。缺點是成本較高、必須要收發(fā)異頻工作，另外由于受帶寬的限制及轉發(fā)過程中信號失真的影響，對高于2400bps 的數(shù)據(jù)信號進行模擬中繼就會產生較大的誤碼，對某些特殊調制方式的數(shù)據(jù)信號(如 GMSK 或 CPFSK 等 )則根本無法進行中繼。 2. 全雙工模擬中繼 ： 找一個制高點架設一個全雙工模擬中繼臺（最好配上具有良好隔離度、低插入損耗的雙工器，這樣只需架設一條天線），該中繼臺的作用是把中心站（或分站）發(fā)來的載波信號不經過解調恢復成數(shù)據(jù)信號這一過程，直接把接收機收到的模擬信號同時調制到發(fā)射機上轉發(fā)給分站（或中心站）。缺點是半雙工數(shù)字中 繼方式的實時性較差，并且需要進行數(shù)據(jù)存儲等處理工作 ,有一定的軟件工作量，而且無法實現(xiàn)話音中繼，因此需要中繼的分站不能與中心自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 24 站及其他分站進行通話。 如果系統(tǒng)中某一個或幾個分站或全部分站因為通訊距離太遠或高山、建筑物阻隔等原因無法直接與中心站進行通訊，此時需要通過架設中繼臺才能與中心站通訊，有二種中繼方案 ： 1. 數(shù)字中繼 :找一個制高點架設一個全雙工或半雙工數(shù)字中繼臺（可以是普通數(shù)傳電臺與帶數(shù)據(jù)中繼功能的 MODEM 的組合），該中繼臺的作用是把中心站（或分站）發(fā)來的載波信號進行解調恢復成數(shù)據(jù)信號，再把數(shù)據(jù)信號調制到發(fā)射機上轉發(fā)給分站（或中心站）。 由圖可知，我們可以很方便的通過 DB9 母型插座及相連的數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)與各分站控制柜相關設備的相連。 日精 ND250A 是功能比較好的一種數(shù)產電臺，能很好的滿足本系統(tǒng)的要求。采集到的數(shù)據(jù)通過數(shù)傳電臺實時上傳至 主分站 。 結合實際情況，本系統(tǒng)我們采用了日精 ND250A 的數(shù)傳電臺，其在系統(tǒng) 中的應用圖如圖 26所示： 圖 26 系統(tǒng)結構圖 數(shù)傳電臺 ND250A 的應用 本 系統(tǒng)由一個 主分站 和 5 個分站組成。 由于系統(tǒng)點多而分散 ,所以非常適合采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，中心臺與分臺通過無線方式進行通訊連接，具體在中心臺和分臺各連接一臺無線數(shù)傳電臺，各分臺監(jiān)控設備能實時采集和記錄每個點的 相關數(shù)據(jù)信息情況 ，并通過無線數(shù)傳電臺發(fā)送給中心臺；中心臺工作人員自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 22 作出判斷并發(fā)出指令，實現(xiàn)控制設備的運行。 根據(jù)本控制系統(tǒng)的要求，我們在此采用 西門子 的 MicroMaster430 型變頻器 。通過自控系統(tǒng)的 PLC或利用變頻器本體的 PID 調節(jié)，可以讓變頻器自動調速，保持 水源井水位穩(wěn)定，實現(xiàn)取水泵房的無人值守，高效、優(yōu)質供水。具體地 說，主分站 PLC 的 能遠程 實現(xiàn) 深井泵的啟?？刂?，而深井泵的壓力、電壓、電流和過載故障信號則由主分站 PLC進行讀取。 水位檢測、流量檢測：超聲波水位計、超聲波流量計信號接入 。 如圖 23 和圖 24 所示 ， 其中 ， 水位報警， 為 PLC報警， 為管路流量報警 。 在本系統(tǒng)中需要輸入輸出的信號如表 1 所示： 表 21 水源地控制系統(tǒng)的 PLC選型 輸入信號 數(shù)量 （個） 輸出信號 數(shù)量（個） 主 水泵 起動信號 1 主 電機啟動信號 1 水泵停止信號 1 主 電機停止信號 1 深水井水位信號 1（ AI） 水位報警信號 1 主 水泵運行信號 1 PLC 報警信號 1 主 電機電壓信號 1（ AI） 管路流量報警 1 主 電機電流信號 1（ AI） 變頻器控制信號 1（ AO） 自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 20 管路流量信號 1（ AI） 備用電機啟動信號 1 備用水泵起動信號 1 備用電機停止信號 1 備用水泵運行信號 1 備用電機電壓信號 1（ AI） 備用電機電流信號 1（ AI） 自動 /就地 /遠程 3 合計 數(shù)字 8 I/ 7 O。其中， 數(shù)據(jù)采集主要由PLC 實現(xiàn)， PLC 通過超聲波水位計連續(xù)檢測水源井的水位，將水位信號進行轉換處理；電機電流、電機溫度、水泵軸溫、水管流量等傳感器，主要用于檢測水泵、電機的運行； PLC采集系統(tǒng)中 的各個設備狀態(tài)的開關量信號進行處理，控制水泵的啟停?，F(xiàn)場手動操作具有比分布控制站和中央控制室更高的優(yōu)先權，只有將狀態(tài)開關打到自動狀態(tài)，自動控制程序才起作用。 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)質的高頻接插件，有條件架高的盡量架高，以確保信號質量；多雷地區(qū)應配上同軸避雷器； 每個分站的定向天線一般應對準中心站的全向天線。 C 數(shù)傳電臺： 因各分站系統(tǒng)在環(huán)境較惡劣的野外，且與自來水公司相距 較遠 ， 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 。其中， 系統(tǒng)采集與檢測的數(shù)據(jù) 有 ：模擬量為電機電流、電機溫度、水泵軸溫、出水口壓力、深水井水位；數(shù)字量為電機故障點。 同時， 水泵在運行期間出現(xiàn)下列情況之一時，應緊急停： 水泵不上水； 水泵或電機有異狀； 電機或電氣設備冒火和冒煙； 甭提嚴重漏水。 各 PLC 分布控制站主要負責采集現(xiàn)場各個傳感器的信號，除了把信號轉換后 通過遠程數(shù)傳電臺 傳給上位機，由上位機進行顯示和控制外還要根據(jù)控制要求對現(xiàn)場控制柜和執(zhí)行機構作出相應的控制，所以各分站 PLC 不但具有中心控制的作用，還具有數(shù)據(jù)中轉站的作用。 自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 17 第 2 章 水源地 分站 系統(tǒng)的設計 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供水泵 的 工作狀態(tài)、運行電流、工作電壓、供水流量、壓力等數(shù)據(jù)的采集， 實 時向 自來水公司的 供水調度 SCADA 系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，接受反饋回來的信息；同時隨時接受、執(zhí)行 自來水公司的 供水調度主機發(fā)來的指令，將所采集的有關數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)?自來水公司的主 控室。 這兒我們采用香港紅潤的 數(shù)顯儀來顯示 相關的數(shù)據(jù) 。 本系統(tǒng)中 需要變送器轉換的參數(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。 變送器的應用 變送器（ transmitter） ： 將物理測量信號或普通電信號轉換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設備。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。 2. 傳感器的動態(tài)特性是指傳感器在輸入變化時 ，它的輸出的特性。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。 根據(jù) 所采集的不同參數(shù)，選擇相應的傳感器 有 溫度、壓力、流量等 傳感器 。 通過傳感器， 控制設備 能“感知”生產進行的情況，將參數(shù)在顯示器上顯示。 傳感器的應用 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、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 重要的組成部分外，還有一些其它的 硬件設備。電源及鍵盤均自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 15 帶有電子鎖開關，可防止非法開、關和非法鍵盤輸入?？刹捎脽o源母板（底板），方便系統(tǒng)升級。 CPU 及各功能模塊皆使用插板式結構，并帶有壓桿軟鎖定，提高了抗沖擊、抗振動能力。 同時 具有自診斷功能 和 “ 看門狗 ”定時 器，在因故障死機時，無需人的干預而自動復位。 工控機（ Industrial Personal Computer— IPC）即工業(yè)控制計算機，是一種加固的增強型 個人計算機 ，專門為工業(yè)現(xiàn)場而設計的 ， 它可以作為一個工業(yè)控制器在 工業(yè) 環(huán)境中可靠運行 ， 并在 屏幕上顯示各種信號變化（液壓，水位，溫度等）。 7. 在線幫助：系統(tǒng)提供在線幫助信息，操作員遇到問題能及時得到幫助和指導。 5. 打印輸出：系統(tǒng)能定時或時時打印故障信息、 水源井 的液 壓 、 水的 流量、 水泵電機電流 等信息。 3. 實時監(jiān)控：動態(tài)顯示 水源井 的液 壓 、閥泵的開 /關狀態(tài)等，模擬水流、自動控制泵閥的開關、流量的大小和 電機電流 等。 該 控制系統(tǒng) 通過組態(tài)軟件可以實現(xiàn)下列 功能 ： 1. 運行方式：自動運行和手動操作相結合 。具有功能完善、操作簡便、可視性好、 可維護性強的突出特點。一旦發(fā) 現(xiàn)故障報警信息，系統(tǒng)即顯示明顯報警畫面，向 PLC發(fā)出相應動作指令，保存并記憶故障發(fā)生的時間、方位和原因等原始數(shù)據(jù)，還可根據(jù)客戶需求保存歷史數(shù)據(jù)、定時、實時打印數(shù)據(jù)。 自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 14 另外，組態(tài)軟件還具有接口開放、使用靈活、功能多樣、運行可靠等特點。 4. 實時多任務 ： 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視（ SCADA）、數(shù)據(jù)處理與算法實現(xiàn)、圖形顯示與人機對話、實時通信、實時數(shù)據(jù)存儲與管理等多個任務 可以通過組態(tài)，在同一臺計算機上同時運行。 2. 易學易用 ： 通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法 包裝起來，對于用戶，不需掌握太多的編程語言技術（甚至不需要編程技術），就能很好地完成一個復雜工程所要求的所有功能 。 組態(tài)軟件的 特點 組態(tài)軟件使用戶能根據(jù)自己的控制對象和控制目的任意地 完成 組態(tài)，完成最終的自動化控制任務，降低了系統(tǒng)集成的難度，節(jié)約了大量的設計時間，提高了系統(tǒng)的可靠性。圖形界面系統(tǒng)用于生成現(xiàn)場過程圖形畫面；實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于實時存儲現(xiàn)場控制點的參數(shù)；第三方程序接口組件用于組態(tài)軟件與其他應用程序交換和數(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)軟件的應用領域很廣，它可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領域。在軟件設計上由于采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)設計，軟件開發(fā)周期大大縮短了。 采用組態(tài)技術構成的計算機控制系統(tǒng)在硬件設計上，除采用工業(yè) PC 機外，系統(tǒng)大量采用各自來水公司供水系統(tǒng)的遠程控制 13 種成熟通 用的 I/O 接口設備和現(xiàn)場設備，基本不再需要單獨進行具體電路的設計。 組態(tài)（ Configuration）的意思就是模塊的任意組合 ，是指用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，使計算機或軟件按照配置自動地執(zhí)行特定的任務，以滿足使用者的要求 。同時也減少了一些硬件的投入。