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自來水公司供水系統(tǒng)遠程控制(參考版)

2025-05-16 18:37本頁面
  

【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??刂瞥绦?qū)⑺脝⑼4螖?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(yīng)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(guān)被控對象的報警等相關(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 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(jīng)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(wù)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(zhì)的高 頻接插件,有條件架高的盡量架高,以確保信號質(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(chǎn)生較大的誤碼,對某些特殊調(diào)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(shè)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(shè)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(jīng)過解調(diào)恢復(fù)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(diào)制到發(fā)射機上轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)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(diào)恢復(fù)成數(shù)據(jù)信號,再把數(shù)據(jù)信號調(diào)制到發(fā)射機上轉(zhuǎn)發(fā)給分站(或中心站)。 由圖可知,我們可以很方便的通過 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(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,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(jié)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(yīng)用圖如圖 26所示: 圖 26 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)傳電臺 ND250A 的應(yīng)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(shè)備能實時采集和記錄每個點的 相關(guān)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(shè)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(diào)節(jié),可以讓變頻器自動調(diào)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(zhì)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(zhuǎn)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(shè)備狀態(tài)的開關(guān)量信號進行處理,控制水泵的啟?!,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(quán),只有將狀態(tài)開關(guān)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(zhì)的高頻接插件,有條件架高的盡量架高,以確保信號質(zhì)量;多雷地區(qū)應(yīng)配上同軸避雷器; 每個分站的定向天線一般應(yīng)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(yīng)緊急停: 水泵不上水; 水泵或電機有異狀; 電機或電氣設(shè)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(zhuǎn)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(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(shè)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(nèi)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(diào)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(diào)度主機發(fā)來的指令,將所采集的有關(guān)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(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) : 將物理測量信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標準電信號輸出或能夠以通訊協(xié)議方式輸出的設(shè)備。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得,并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(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(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(yīng)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(yīng)的傳感器 有 溫度、壓力、流量等 傳感器 。 通過傳感器, 控制設(shè)備 能“感知”生產(chǎn)進行的情況,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(shè)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(guān),可防止非法開、關(guān)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(jié)構(gòu),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(yù)而自動復(fù)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(shè)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(dǎo)。 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(guān)狀態(tài)等,模擬水流、自動控制泵閥的開關(guān)、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(jié)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(yīng)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(wù) : 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(wù) 可以通過組態(tài),在同一臺計算機上同時運行。 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(shù)(甚至不需要編程技術(shù)),就能很好地完成一個復(fù)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(wù),降低了系統(tǒng)集成的難度,節(jié)約了大量的設(shè)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(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)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在軟件設(shè)計上由于采用成熟的工控專用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)設(shè)計,軟件開發(fā)周期大大縮短了。 采用組態(tài)技術(shù)構(gòu)成的計算機控制系統(tǒng)在硬件設(shè)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(shè)備和現(xiàn)場設(shè)備,基本不再需要單獨進行具體電路的設(shè)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(wù),以滿足使用者的要求 。同時也減少了一些硬件的投入。
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