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西门子S7-200和无线数传电台的SCADA系统在水厂中的应用_4

未知 2019-11-19 14:24

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),如图1所示。

  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、MCGS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

  l 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。

  l 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选用两端口的S7-216基本单元,其中一端口与数传电台通讯,另一端口直接用西门子的PPI电缆和上位机通讯,上位用北京昆仑通态提供的MCGS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。

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