西门子来宾PLC模块总代理商

1  引言 

随着3C技术（计算机、通信、控制）和变频技术的不断发展，在居民小区生活用水、工业用水、各类自来水厂、大型厂矿和消防用水等供水系统中，原来均是采用水塔、高位水箱等设备，这些设备不但占地广、投资大，而且越来越不能满足现代化的供水要求。另一方面，采用传统的方法很难保证供水的实时性，并且由于水泵是采用大供水量设计的，由于用水高峰时间短，很容易造成能源的浪费以及由于管网压力过大而引起的管网损坏。本文以永城煤电集团水厂的控制系统为例，介绍一种基于PLC和触摸屏控制的恒压供水系统。 

2  系统简介 

永城煤电集团水厂变频恒压供水系统由PLC控制器、两台变频调速器、软启动器、触摸屏显示器、交流接触器、热继电器、压力变送器、水位变送器、流量变送器等其他电控设备以及4台75kW水泵和一台45kW的小水泵组成，如图1所示。 

图 1 恒压供水系统图 

在供水系统的蓄水池中安装水位变送器，在总出水管安装压力变送器和流量变送器，检测出水位、压力和流量，转换成4～20mA的信号，输入到PLC 的模拟量输入模块，将检测到的压力信号和通过触摸屏设置的压力经过PID运算，通过控制变频器的输出频率来调整水泵电机的转速,以达到保持水压的恒定;同时通过水位检测，根据水位的高低来开启水源井的多少和调节反渗透系统的产水能力。同时，在触摸屏显示器上可以显示各个电机的电流、频率、水位、水压、工频和变频运行的时间以及各泵的运行状态。系统信息还可以通过企业的Intranet网发布到网络上，通过网络进行系统的远程诊断和控制。 

3  控制对象 

根据永城煤电集团水厂供水系统现场的实时情况，控制水厂现场设备（泵、阀门等）的开、关、停、运行;电磁阀的开启、关闭;各水源井的开启、停止;变频器的启动/停止，以实现水厂恒压供水的自动控制。 

4  系统工作原理 

该系统具有手动和自动两种运行方式: 

4.1 手动运行方式

选择手动运行方式时，根据需要，通过按启动和停止按钮，来控制各水泵。这种方式只在系统出现故障时使用。 

4.2自动运行方式 

（1） 启动程序

在自动运行时，首先检测5台泵是否有泵出现故障，如果1＃泵出现故障，则通过触摸屏在线修改该水泵的状态，把1＃泵设为故障状态，则系统启动时，自动不启动1＃泵。其次检测蓄水池水位，如果符合要求，1＃泵也无故障，开始启动真空泵抽真空，如果满足要求，则1＃泵变频交流接触器吸合，电机和变频器连通，同时打开1＃泵的电磁阀，通过检测压力的大小，PLC经过PID运算，此时变频器的输出频率从0Hz开始上升，如果压力不够，则上升到50Hz，延时后，通过软启动器，将1＃泵切换到工频，再启动2＃泵，依次类推，直到出水压力达到设定压力。 

（2） 水泵切换程序

根据流量传感器检测到的流量的大小，如果出水量减少，出水压力过大，则PLC控制变频器的输出频率，减少出水量来稳定出水压力。如果变频器的输出频率在20Hz，此时PLC开始计时，如果出水压力降低，则放弃计时;如果出水压力一直高于设定压力，到一定时间后，则根据先投先停的原则，PLC将先关闭正在运行的投入时间长的泵的电磁阀，再关闭该泵，直到出水压力达到设定值。 

（3） 启动小功率泵

对于永城煤电公司居民生活用水来说，其属于用水时段性很强的系统，因此在5台水泵中，1＃—4＃泵为75kW，5＃泵为45kW。因此，当在用水低谷时，一台45kW的小功率泵就足可以保持供水压力，此时，就可以通过变频运行5＃小功率泵，使其工作在低频状态，就可以维持供水系统的水压稳定。 

（4） 远程控制和故障诊断

该控制系统通过PLC的通讯模块CP340向设在局后勤处的上位机发送信息，两者之间通讯采用RS-485方式。当在上位机上发现有故障如蓄水池水位过低时，可以通知多开启水源井和反渗透装置，以提高蓄水池水位，防止因水位过低造成的水泵干抽现象。由于系统的上位机可以进行网络发布，当出现故障，而现场人员无法解决时，通过远程诊断功能，由厂家帮助处理。 

5  控制系统硬件配置及软件编程 

5.1 硬件配置

（1） PLC的配置

可编程控制器采用SIEMENS的S7—300系列CPU-314主机，1个电源模块，2个32位I/O模块，2个16位输出模块，2个12位AD模块，1个12位DA模块和一个CP340模块。CP340和上位机之间通过RS-485进行通信。 

（2） 触摸屏

可以方面的通过串行通讯与编程器通信，也可以和PLC通过MPI网进行通信。通过触摸屏可以实时显示电机电流、管网压力、水位、流量、各水源井工作情况以及各种故障信息;还可以通过触摸屏对PLC进行在线控制。 

（3） 变频器及控制方式选择

在本系统中，根据冗余设计原则，采用2个三菱专用供水变频器，以在发生故障时相互备用。由PLC开关量输出控制变频器的启动/停止。 

5.2 软件编程

（1） PLC编程

PLC从软件配置上有系统程序和用户程序。系统程序装配在CPU模块上随硬件的产品而来。用户程序是编程器编好程序后输入到可编程序控制器的存储模块，程序是采用块式结构形式，共有5种形式:组织块（0B）、程序块（PB）、功能块（FB）、数据块（DB）、顺序块（SB）（本系统未用）。因此，在PLC软件中使各种功能的程序模块通过主程序有机的结合起来。故PLC程序主要解决现场各泵的启动程序、切换程序、启动小功率泵;模拟量的处理;与上位机和触摸屏通信数据的处理功能等。 

（2） 上位机程序

上位机使用VB编写通信程序和建立数据库。通信程序发出的命令帧格式要完全符合SIEMENS公司PLC的RS-485通信协议;对PLC发回的响应帧，上位机必须进行拆装、识别，才能正确的分离出交换数据和有用的状态信息。 

（3） 触摸屏程序

触摸屏程序主要有主画面、参数设置、供电回路、反渗透、实时曲线、报表统计、故障维护等画面组成，其结构如图2所示。  

图2 触摸屏程序结构 

5  结束语 

在供水系统中采用基于PLC与触摸屏控制的变频恒压供水系统，可以根据实际需要水压的变化自动调节水泵的转速或加减速，实现恒压供水，降低能耗; 还可以延长主泵电机的使用寿命。由于采用了双变频器，在一台变频器出现故障时，系统可以自动的切换到另一台变频器，基本可以保持不间断的恒压供水,具有一定的先进性。 

目前，该系统在永城煤电集团水厂经过一年多的运行后，运行状况良好，达到了预期的设计要求，节能效果显著，受到了用户的好评，具有很好的应用前景。 

 摘要 

    本文主要介绍通过GPRS方式，对北京安控科技发展有限公司生产的RTU及PLC产品，进行远程下载的方法。  

　　一、前言 

　　通过GPRS通讯方式，可以对安控公司的SuperE 系列 RTU和Rock E20系列 PLC产品，进行远程下载。

　　安控公司的RTU和PLC产品，还支持通过拨号Modem、数传电台和局域网进行远程下载，具体方法可参见其他相关说明。

　　EchoBUS通讯协议和ModBUS RTU和ModBUS ASCII协议兼容。EchoBUS命令提供远程规划和诊断能力，支持远程下载，可以参见《ELadder 2.0 使用手册》附录E。

　　文章介绍的方法，主要应用于PLC或RTU作为数据采集站点，而无控制要求的远程站点。这是因为，当远程站点有控制要求且控制点连接完好时，进行远程下载，因控制器初始化所有输出为0，引起现场控制设备产生相应动作，若无操作员在场，可能会造成损失。

　　以往方法，大多是通过虚拟串口的方式，来通过GPRS进行远程下载。虚拟串口程序，大部分都存在使用不稳定，数据监视不方便。关键的是，虚拟串口数据的接收及发送的延时时间无法改变，从而就不可避免的会出现在下载时数据包被拆分，造成下位机无法解析，而没有应答，引起通讯失败。

　　本文的方法，采用数据通过实时实际串口转发，再通过监视串口数据的接收以及发送情况，了解数据包长度和延时时间的关系，后调节数据包的长度以及串口接收数据的延时时间来使其达到一个平衡，保证数据包不被拆分，解决由于数据包被拆分而引起的通讯失败和数据传输错误等问题。 

　　二、下载准备（以RTU为例，PLC例同） 

　　计算机一台（带2个串口）或者两台（每台带一个串口），

　　RTU一台，

　　DTU一台（深圳宏电产品为例），

　　RS232连接线一根，

　　可以拨号上网的电话线一根或设置成拨号方式的DTU一台。 

　　三、下载方法 

　　步骤1：连接

　　方式1（下载计算机带有2个串口）：根据各自使用的DTU厂家提供的方式，组建好GPRS网络，确保从站DTU与中心通讯正常。在此，我采用计算机拨号上网，DTU指向拨号上网所分配的IP地址，即指向中心，来进行从站DTU与中心站进行数据交换。DTU通过其自带的串口连接线和RTU的COM口相连。

　　用RS232连接线将计算机的两个串口连接在一起。如下图所示： 

　　方式2（采用2台计算机，各带1个串口）：根据各自使用的DTU厂家提供的方式，组建好GPRS网络，确保从站DTU与中心通讯正常。在此，我采用1 台计算机拨号上网，DTU指向拨号上网所分配的IP地址，即指向中心，来进行从站DTU与中心站进行数据交换。DTU通过其自带的串口连接线和RTU的 COM口相连。

　　用RS232连接线将拨号计算机（PC1）的串口和下载计算机（PC2）的串口连接在一起。如下图所示： 

　　步骤2：中心站软件设置

　　连接完毕，确保GPRS通讯正常。

　　在中心站计算机上，采用深圳宏电的串口转发程序进行配置。下图为串口转发程序主界面。 

　　选择『控制』菜单下的『启动服务』选项，或点击个快捷图标 ，则其无线数据服务中心服务开启。

　　在右下的信息显示框中，会显示中心站的IP地址，以及检测到的DTU是否在线的信息。

　　在左上的信息显示框中的"在线DTU"项的下面会显示中心站检测到的在线的DTU的号码。

　　注意：若无线数据中心没有检测到有DTU在线，则应重新设置DTU，直至无线据中心检测到DTU在线。 

　　步骤3：建立连接

　　无线数据中心检测到DTU在线，在此基础上，通过软件设置将中心接收到的数据转发给计算机上的实际串口（如COM1）。

　　方法：选择『控制』菜单下的『建立连接』选项，弹出"建立连接"对话框： 

　　在『转发端口』单选框中，选择『本地串口』。在『本地串口』下拉框中选中计算机上实际存在的串口，如COM1。在弹出的『波特率』、『数据位』等下拉框中，不作选择，默认其缺省值。

　　在『DTU』复选框的『DTU号码（11位）』下拉框中，选择将要对他对应的RTU进行程序下载的DTU的号码，其他的设置默认其缺省值。点击『创建』按钮，至此，建立连接完成。 

　　步骤4：下载

　　连接已建立，选择『控制』菜单下的『启动连接』选项，将已建立的连接启动。则中心将接收到的RTU的信息转发到了计算机的实际串口COM1，实际串口 COM1又通过RS232连接线将数据传输到COM2（或将数据转发到通过COM1连接的另一台计算机的COM口上）。

　　选择无线服务中心右下方的『数据监控』，可以监视到从COM口转到中心，以及中心接收到从站DTU再转到COM口的数据。

　　无线服务中心右上的显示框中的"COM à DTU"列，显示的是无线服务中心将COM口数据转发到DTU的字节数，"DTU à COM"列，显示的是无线服务中心将DTU返回的数据转发到COM口的字节数。

　　这时，假若连接方式为1，则我们可以通过在ELadder中将PC机串口选择COM2来对RTU进行远程下载。操作方法等同于通过COM2口直接和RTU相连时的操作方法。具体操作可参见《ELadder 2.0 使用手册》。

　　假若连接方式为2，则我们可以通过在ELadder中将PC机串口选择COM1来对RTU进行远程下载。操作方法等同于通过COM1口直接和RTU相连时的操作方法。具体操作可参见《ELadder 2.0 使用手册》。 

　　注意：在下载C程序时，数据包的长度不应该超过180。