枣庄西门子一级代理

可编程控制器（PLC） 监控 数传电台 通讯接口 工控机 组态软件　　
　　 一、概述 　　
　　某自来水厂控制系统由分布在十几公里内5个深井取水泵站、储水池、用户管网组成。整个供水系统的高低落差达150米左右，由于供水系统的组成及地形结构的特殊性，过去人工监控，给生产管理、供水调度带来诸多不便。 　　
　　实施了微机监控后，它能实时监测供水系统的主要工艺参数（如压力、流量、水位、电压、电流等），控制深井泵、监视泵机的运行状态，同时提供生产管理所需的报表、曲线、数据查询等功能。它的运行对供水系统的安全生产、科学调度有着重要的意义。 　　
　　 二、系统组成 　　
　　 微机监控系统采用主从结构、分布式无线实时监控方式（简称SCADA）　　
　　系统主要由监控中心、无线通信系统、现场监控终端、传感器及仪表四部分组成。 　　
　　监控中心：由微机、组态软件，无线数传电台、全向天线、模拟屏及UPS组成，主要完成各现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。　　
　　无线通信系统：监控中心与各泵站终端之间采用无线方式通讯。监控中心为主动站，其它终端副站为被动从站，该系统采用无线电管理委员会给定的数据频率，以一点对多点的方式与从站通讯，监控中心为全向天线，各副站为定向天线。　　
　　现场监控终端：核心为PLC，是一个智能设备，它有自己的CPU和控制软件，主要完成现场的数据采集、转换、存储、报警、控制等功能，并通过无线信道与监控中心微机进行数据通信。根据监控中心的命令分别完成系统自检、数据传送、控制输出等任务。 　　
　　传感器及仪表：是PLC监测现场信号的“眼睛”，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，才能输出标准信号，被PLC终端所接受。系统主要测量电压、电流、液位、压力、流量及耗电量等参数。 　　
　　 水源井输水泵的控制 　　
　　手动控制。操作员根据清水池液位对输水泵进行启动和停止操作。
　　自动控制。PLC根据清水池液位及各输水泵起动水位和停止水位，对处于自动方式的输水泵进行启动和停止操作。　　
　　三、现场PLC终端
　　现场PLC监控终端是工业现场与监控中心之间的桥梁纽带，一方面它采集现场仪表、变送器、设备运行状态等信号，另一方面它又与监控中心通讯，执行有关命令。现场终端一般无人值守。因此，终端机的性能和质量对系统的可靠性影响很大。经充分论证，选用西门子S7-200系列PLC作现场终端具有较高的性能价格比，它具有体积小、易扩展、性能优等特点，非常适合小规模的现场监控。 　　
　　 1、PLC硬件设计 　　
　　现场某一终端需测控开关输入信号，开关输出信号路，模拟量输入信号。因此，我们选用S7-212基本单元，模拟输入扩展单元（EM231），模拟输出扩展单元（EM232）。满足现场要求。 　　
　　2、通讯接口 　　
　　从站中PLC与电台通讯： S7-214PLC基本单元提供一个RS-485接口，为了与无线信道的数传机（电源、数传电台）相连，我们专门设计了RS-485接口的专用Modem，并采用光电隔离技术，使二者在电气上完全独立，避免相互干扰，由于数传机发射时需要RTS信号，而RS-485接口又不提供RTS信号，解决这个问题有两处方法。其一，由无线Modem根据PLC的发射信息产生RTS信号，这就要求该Modem必须智能化，同时PLC在发送信息之前需先与Modem通信，让其输出RTS信号，并回送RTS已产生信息，然后PLC再发送现场信息。其二，采用PLC的某一I/O输出点，产生RTS信号，由PLC在发送信息前现接通该点，控制数传机发射，延时一段时间后（电台建立载波时间），再发送信息。后一种方法简单、实用，较好的解决了无线通信的接口问题。
　　主控室的PLC与工控机的通讯：因为主控室的PLC要和数传电台通讯又要和上位机（工控机）通讯，所以主控室的PLC选用S7-216基本单元，直接用西门子的PPI电缆和上位机相连，可在上位用北京昆仑通态提供的组态软件进行组态和编程，对现场的水位等信号进行实时的监控和处理。 　　
　　3、抗干扰设计 　　
　　为提高系统的可靠性，现场终端、数传机、PLC、直流温压电源及部分变送器装于一个控制柜内，各部分相对独立，便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离，模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离，电源采用隔离变压器供电，以减小电源“噪声”，同时系统设置良好的接地。　　
　　四、PLC软件设计　　
　　PLC终端软件采用梯形图语言编写，为提高终端的抗干扰能力，软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施，保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构，便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。 　　
　　 1、初始化程序：设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。 　　
　　 2、数据采集子程序：对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。 　　
　　 3、累计运行时间子程序：对泵机等设备的运行时间进行累计。　　
　　 4、遥信子程序：检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。 　　
　　 5、置初值子程序：由监控中心对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
　　 6、故障自检子程序：检测PLC的故障信息、校验信息，并发往监控中心。 　　
　　 7、控制子程序：根据监控中心的命令，或现场自控条件输出相应的操作。 　　
　　 8、通讯子程序；完成与监控中心的各种通信功能。　　
　　通讯程序中，接收命令和发送命令采用中断处理，通过ATCH指令使中断事件8在接收不同特征命令下执行不同的程序。对串行通信的超时限制则通过设定内部定时中断来控制，其事件号为10，定时时间由SMB34的值确定。为减少通信的误码，采用偶校验及异或双重校验措施。 　　
　　 五、结束语　　
　　本系统在软、硬件方面采取了多种措施，特别是现场终端选用了S7-200 PLC，提高了系统的可靠性，在自来水厂自动控制系统取得了较好的应用效果。PLC基于SCADA系统能充分满足对水厂控制系统的要求，对水厂的安全运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。本系统将无线通讯与S7-200 PLC有机的结合，解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题，在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。　　 目前高层建筑在各类城市中比比皆是。为了防止意外火灾，高层建筑一般均设有消防专用泵组。尽管规范，规章明确要求消防设施，器材应定期维护保养。但是目前消防水泵都不能做到定期试机运行，天长日久就会导致泵体，底阀和单向阀卡死、锈死，所以经常会出现在发生火灾时设备不能充分发挥作用的情况，造成不应有的损失，为此《民用建筑水灭火系统设计规程》规定超高建筑、一类高层公共建筑的消防泵宜设定时自检装置。国家消防总局在1999年下文要求所有消防设备必须具有自检功能，消防控制设备必须在15天内自动启动一次，防止水泵生锈腐蚀。另在修订中的《建筑设计防火规范》也提出：消防给水设备必须具有自动巡检功能。通常老设备采用落后继电接触器控制方式，中间继电器和定时继电器太多，功能少,线路复杂，接点多，造成故障多可靠性差，维修困难。我们采用北京凯迪恩自动化技术有限公司的可编程序控制器（PLC）对消防泵组进行控制，实现泵组在备用时定期试运行，扑救火灾时自动启动，从而有效地杜绝消防水泵关键时刻不能用的局面。PLC之所以有生命力，在于它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，可靠性高，抗各种干扰的能力强、维护方便，硬件无调整元件，价格低寿命长。这样既节省了用户时间和成本，又可以很容易地根据不同需要进行扩展。
　　
　　1. 自动巡检功能
　　自动状态(巡检开关接通)下在没有消防用水需求下，台水泵启动（星形）5-30秒钟（启动时间根据设备确定），运行（三角形）10秒后，停机待命120-360小时（五-十五天）。待命期间如果没有消防用水，则第二台水泵启动5-30秒，运行10秒，停机待命120-360小时，如此周而复始地循环，（巡检周期：从数小时到数百小时之间可任意选择）电控柜并设有超压保护，从可靠角度出发，要设置泄压阀。在有消防用水需求时，泵组立即自动启动，加压供水，充分发挥其应用的作用。如果为避免因压力增大对管网产生破坏，我们在管网增加电磁阀，巡检启泵时才打开电磁阀泄压，巡检启泵工作时间也延时到10分钟。
　　
　　2.启泵方式与顺序
　　在自动启动多台泵的情况下，为了避免同时投入水泵而对电网造成过大的冲击，水泵是一台台相隔20秒启动。自动启动和巡检启泵时，先是发出三声声光报警（报警2秒间隔2秒），再启动水泵。当设备的工作泵出现故障时（过载和短路信号），备用泵应能自动投入运行（延时10秒投入）,因为消防泵的重要性备用泵运行不设过载保护。启泵方式有工频直接起动、自藕降压启动、Y－△降压启动、晶闸管软启动控制、变频恒压控制等方式，以满足不同的使用要求。并且启动顺序可以选择，例如：2台泵的启动顺序有1用2备, 2用1备,两种方式；3台泵的启动顺序有1、2用3备, 2 、3用1备,3、1用2备,三种方式等。
　　
　　3.控制柜面板显示
　　在自动控制系统的设计中我们设计了故障显示报警系统。用指示灯指示设备正常运行和故障情况，当设备启动时指示灯以1Hz的频率闪烁,正常运行时对应指示灯常亮，当该设备运行有故障时故障指示灯常亮。为防止指示灯灯泡损坏不能正确反映设备工作情况，专门设置了故障测试按钮，系统运行任何时间持续按任何按钮3s，所有指示灯应全部点亮，如果这时有指示等不亮说明该指示灯已坏，应立即更换，按钮复位后指示灯仍按原工作状态显示设备工作状态。
　　
　　4.故障显示
　　当设备出现故障时，信号箱将用声、光报警方式提示工作人员，及时处理故障。在处理故障时，又将故障进行分类，有些故障是要求系统停止运行的，但有些故障对系统工作影响不大，系统可带故障运行，故障可在运行中排除，这样就大大减少整个系统停止运行时间，提高系统可靠性运行水平。
　　
　　5.接口电路
　　为了与各个厂家的设备配套，电控柜有两套启泵方式：1.一个启泵信号和一个停泵信号一般用于消防中心多线手动或自动控制，也可以用于低压启泵，超压缺水停泵。2.一个信号，接通启泵断开停泵，一般用于模块控制。为了配合消防栓按钮直接启泵，柜内对外提供一路24V5A直流电源。
　　接口电路全是直流24V电源，模块可以直接用无源触点控制，不需要切换模块转换，但控制信号必须是无源触点信号。水泵返馈信号是无源触点信号。
　　
　　6.保护功能
　　电控柜具有过压、欠压、过流、短路、缺相、水源缺水等故障报警与保护功能。在消防用水时为了避免由于超压水压波动而导致水泵频繁起停，我们在程序中采用了“延时滤波”处理。
　　
　　7.其它功能
　　在自动手动切换过程中会停止所有运行的泵；可根据用户需要加装双电源切换功能，或另配单独的双电源互投柜，主、备电源能够自动或手动切换，以满足消防系统的设计要求。设备还可以根据用户要求增设楼宇自动控制（BA）接口，与终端计算机联网，实现计算机集中监控。
　　本系统采用可编程序控制器进行控制系统设计，硬件结构简单，成本低廉，响应速度快，性能、价格比很高，和单片机系统相比具有极高的可靠性。经现场使用考验，性能稳定，运行可靠。另外还可以根据实际需要很方便地进行扩展。对于现代智能楼宇，控制系统还可以通过通讯模块纳入到整个楼宇的监控系统之中，体现出极大的灵活性和适应性，具有极高的实际推广价值