【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。