西门子(广西)PLC代理商

1 引言
　　治污设施运行监控系统是对治污设施的运转情况进行连续监控和记录的网络化监控平台。
　　污染源自动监控是环境执法、科学管理的重要手段。污染源自动监控系统的建设和管理依托环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术，是一项复杂的系统工程。
　　污染源自动监控系统可分为数据收集子系统和信息综合子系统。
　　数据收集子系统是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控监测仪器（COD、TOC、PH等水污染物在线监测分析仪，二氧化硫、烟尘等气污染物在线监测分析仪）、流量（速）计、污染治理设施运行记录仪（黑匣子）和数据采集传输仪（用于数据的存储、加密，数据包转发、接收以及报警、反控）等自动监控仪器。简称现场机。

图1 系统结构

　　信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统（污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等）。简称上位机。
　　本文介绍采用LM系列小型PLC作为现场机收集现场数据，并通过GPRS通讯网络与上位机通讯，终实现上位机在线对现场污染源的监控。

2系统介绍
　　2.1 系统描述
　　由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控（监测）的自动监控监测仪器设备和监控中心组成，简称系统。
　　2.2 系统结构
　　污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。
　　上位机通过传输网络和现场机相互作用，并获取现场数据，具体有两种操作方式：一是现场仪器仪表（以下通称监测仪器）本身具有较强的通信功能，监控现场只有一台仪器，可直接操作现场监测仪器，取得监测数据，执行控制动作，并接收告警信息；二是上位机不直接与监测仪器通讯，而是与数据采集传输仪通讯，数据采集传输仪下接监测仪器。

图2 系统结构

　　2.2.1 现场机
　　安装在污染源排放口现场，用于监测污染源排污状况及完成和上位机的数据通讯传输的单台或多台设备及设施，它是污染治理设施的组成部分，包括在污染源现场安装的污染物排放监控（监测）仪器、流量（速）计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等自动监控仪器。
　　2.2.2 传输网络
　　基于TCP/IP 的和非基于TCP/IP的传输网络及之上的连接。数据传输通讯协议在基于不同传输网络（该传输网络被称为基础传输层）的现场机和上位机之间提供交互通讯。应用层依赖于所选用的传输网络，在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯，在基础传输层已经建立的基础上，整个应用层的协议和具体的传输网络无关。
　　2.2.3 上位机
　　安装在各级，有权限对现场机发出查询和控制等本规范规定指令的数据接收和数据处理系统。包括计算机信息终端设备、监控中心系统等。
3 数据采集仪工作原理及功能
　　数据采集仪通过数字通道、模拟通道、开光量通道采集检测仪表的检测数据、状态等信息，然后通过传输网络将数据、状态传至上位机；上位机通过传输网络发送控制命令，数据采集传输仪根据命令控制检测仪表工作。
　　数据采集仪通过GPRS无线方式与上位机通讯，数据采集传输仪能通过串行口与具备标准透明传输的无线模块(GPRS DTU模块)连接。
　　数据采集传输仪从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元和显示单元等。
　　3.1 现场数据和设备运行状态检测功能
　　污染物排放数据监测：应能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。
　　治污设施运行监测：对某台设备的监控不应局限于单参数的监测，若有可能，应进行多状态监测，以具有可参照性、逻辑判断性，能进行有效的监测。
　　检测设备运行状态监测：应能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态（运行、停止或故障等）。
　　工作环境监测：应能监测现场监测站的运行环境参数（如温度、湿度）、安防报警等信号。
　　3.2 远程设置和控制
　　应能及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令，实现远程操作控制。
　　3.3 数据传输功能
　　应能按照以下几种方式，实现与监控中心的数据实时通信：
　　应答上传：对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传；
　　定时上传：能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心；
　　异常主动上报：当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。
　　3.4 数据及时间记录储存功能
　　能连续存储现场3个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据，新数据可以覆盖早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。

4 监控系统组成
　　4.1 监控系统方案配置
　　控制系统现场数据存储显示采用和利时HT6720T系列触摸屏，下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器；触摸屏通过扩展的LM3331通讯模块走RS232串口线通过标准MODBUS协议与CPU进行通讯。现场数据采集仪表通过直接模拟量输入借口或RS485通讯的方式和CPU之间交换数据。现场机和上位机通过GPRS串口透明传输模块以无线方式交互控制方式。

图3 系统配置图

　　4.2控制系统硬件
　　4.2.1 GPRS串口透明传输模块
　　GPRS串口透明传输模块支持900/1800 MHz系统，提供RS-232接口，支持各种非TCP/IP终端设备数据的透明传输，如各种数据采集设备、图片监控设备、POS/ATM终端、PLC设备等，可广泛应用于数据采集、安全监控、数据记录、遥感勘测、POS/ATM等各种串行数据端口的远程设备与中心服务器的连接和数据通信。
　　4.2.2 PLC选型
　　本系统采用LM系列PLC控制，配置1个CPU模块LM3109、1个6通道模拟量输入/2通道模拟量输出/1路MODBUS slave通讯模块和1个8通道模拟量输入模块LM3313。
　　1）CPU模块：LM3109模块的额定工作电压为AC220V，自带40点I/O，提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口，支持专有协议（仅RS232）/Modbus RTU协议/自由协议。
　　2）通讯扩展模块：LM3331额定工作电压24VDC，提供6路电压/电流信号输入、2路电压信号输出处理和1路MODBUS通讯，支持MODBUS RTU从站协议（功能码01/02/03/04/05/06/15/16），通信接口RS232/RS485可选。
　　3）模拟量扩展模块：LM3331模块提供8通道模拟量输入通道，输入范围-10V-10V、-20mA-20mA可选，精度可达0.5%FS。主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。
　　4.2.3 显示单元
　　显示单元采用和利时HT6720T系列触摸屏，配以监控组态软件来完成。能显示所连接检测仪表的实时数据、小时均值、日均值和月均值，也能显示污染物的小时总量、日总量和月总量。图4-图5为显示单元监控画面。

5 结束语
　　本文介绍了基于GPRS网络技术的PLC远程监控技术应用于污染源在线监控系统的设计方案，并给出了数据传输实时性和可靠性关键问题的解决方法，通过应用GPRS无线通信技术，实现了PLC远程实时监控和调试。系统采用GPRS网络具备较好的数据传输安全性，使数据传输抗干扰能力更强，保证了系统的可靠性，该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分，提高企业的经济效益。同时，本文对远程数据传输以及其它无人值守的系统均有一定的实用价值和指导意义。

1 转炉倾动负载特性分析

    在转炉系统中，炉体倾动部分采用4台倾动电机，通过减速机刚性连接，并采用全悬挂固定方式和扭力杆力矩吸收方式，如图1所示。

    根据工艺要求，转炉的倾动角度为正反360°。转炉炉口和炉底方向轴线与地平面垂直时为零位状态。故炉子倾动负载力矩为角度的函数Mfz=f(θ)，属于反阴性的位能负载。另外，据工艺设计说明，转炉按正力矩设计，即炉子耳轴下部比上部高，下部比上部重。从而确保转炉电控系统失灵或抱闸力不够时，能靠炉体自身的正力矩来确保炉口向上，这样不至于发生倒钢等事故。但当维修炉拆除炉底后以及炉口粘钢渣太多时，炉体可能出现上部较下部重，由于液体钢水重心随转炉倾角的变化而变化，这样在修炉和出渣或出钢时，可能出现负力矩。当炉体处于正力矩状态时，电机处于电动运行状态，当炉体处于负力矩状态时，电机处于回馈制动状态，电机的机械特性和负载特性如图2。

    额定力矩／电流：1750N·m/230A;

    速度反馈用编码器：30-3641IA-1024。

    2 系统功能

    2.1控制功能

    转炉倾动变频系统各变频器的控制分两种方式：

    （1）变频装置的单机调试、检修在人机接口操作面板（HMI）上完成；

    （2）设备联动运行通过PLC系统实现（操作地点：正常生产时在中控室或机旁，联机调试时在变频器柜柜门）。

    在任何一种情况下，均能保证控制方式的唯一性，而且控制方式的切换通过柜门上转换开关、按钮实现，方便、可靠。

    转炉4台倾动变频器在正常工作时以1主3从方式进行工作；当其中1台故障时，余下3台装置转换调整后以1主2从方式进行工作；进一步当其中2台故障时，余下2台装置转换调整后以1主1从方式进行工作。

    2.2系统配置和功能实现

    根据倾动机构工艺要求及控制功能，每座转炉倾动变频系统配置了一套相对独立的PLC（1#转炉为PLC 12）系统，通过控制总线Control Net网络接口实现转炉变频器及PLC间的通讯（如图3），同时实现与转炉主PLC（1＃转炉为PLC11）系统的通讯（如图4）。系统主要硬件配置如下：

    倾动变频器：1336T-B250-AA-GT3EN-L4，4台（含制动组件）；ControlNet光纤模块：1786-RPFS，4块；控制系统：1756-L55M22 Logix5555控制器1个。

    在转炉传动变频控制系统中，4台变频器通过光纤连接，构成主从应用工作组，工作时其中一台设为主传动工作方式，另三台工作在从传动方式，从传动变频器以转矩模式工作，主变频器速度由PLC系统通过变频器I/O口给定，主变频器通过Drive-to-Drive bbbb通讯向从机发送运行信息，内容包括主机转速，转矩及开关状态等，由主从装置参数设定自动实现与主传动的速度／转矩跟踪和转矩准确分配，实现了多电机传动中速度同步和转矩分配。

    系统正常运行时，PLC系统通过CNB总线与转炉倾动变频器正常通讯，实现控制和数据采集。当因某种原因引起故障时，例如某台从变频器或电机故障时，故障变频器自动停止工作，另外三台变频器继续工作，主变频器控制负载在这三台变频器之间平均分配；当主变频器或电机出现故障时，主变频器停止工作，并发出故障信号，此时可设置另外一台变频器为主传动，组成新的主／从工作组，按主／从方式继续工作，新的主变频器负责速度控制和负载分配。

    另外，转炉倾动需严格监控，防止出现“溜车”故障，在转炉传动变频控制系统中，利用了PLC控制程序，使抱闸在系统起动后转矩建立在一定的输出转矩时松开，在系统停止后转矩下降至一定的输出转矩时抱紧，大大提高了系统应用的可靠性。

    为了监控转炉的倾动的位置，在设备主轴上安装有编码器，通过现场总线将信号传送到PLC系统，通过PLC来计算、转换，在画面上显示。

    3 1336 FORCE变频