某鐵路供水系統(tǒng)

1、某鐵路供水系統(tǒng)由分布在十幾公里內(nèi)10個深井取水泵站、4個增壓泵站、多個儲水池、水塔及用戶管網(wǎng)組成。整個供水系統(tǒng)的高低落差達150米，由于供水系統(tǒng)的組成及地形結(jié)構(gòu)的特殊性，過去人工監(jiān)控，給生產(chǎn)管理、供水調(diào)度帶來諸多不便。 實施了微機監(jiān)控后，它能實時監(jiān)測供水系統(tǒng)的主要工藝參數(shù)（如壓力、流量、水位、電壓、電流等），控制深井泵、增壓泵的開停，監(jiān)視泵機的運行狀態(tài)，同時提供生產(chǎn)管理所需的報表、曲線、數(shù)據(jù)查詢等功能。它的運行對供水系統(tǒng)的安全生產(chǎn)、科學調(diào)度有著重要的意義。 二、系統(tǒng)組成微機監(jiān)控系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)、分布式無線實時監(jiān)控方式（簡稱SCADA），如圖1 所示。 系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、無線通信系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)控

2、終端、傳感器及儀表四部分組成。 監(jiān)控中心：由微機、無線數(shù)傳機、全向天線、模擬屏及UPS組成，主要完成各現(xiàn)場終端數(shù)據(jù)的實時采集、監(jiān)測、控制、數(shù)據(jù)存儲、打印報表、數(shù)據(jù)查詢等功能。 無線通信系統(tǒng)：監(jiān)控中心與各泵站終端之間采用無線方式通訊。監(jiān)控中心為主動站，其它終端副站為被動從站，該系統(tǒng)采用無線電管理委員會給定的數(shù)據(jù)頻率，以一點對多點的方式與從站通訊，監(jiān)控中心為全向天線，各副站為定向天線。 現(xiàn)場監(jiān)控終端：核心為PLC，是一個智能設(shè)備，它有自己的CPU和控制軟件，主要完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、存儲、報警、控制等功能，并通過無線信道與監(jiān)控中心微機進行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)監(jiān)控中心的命令分別完成系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)傳送、

3、控制輸出等任務。 傳感器及儀表：是PLC監(jiān)測現(xiàn)場信號的“眼睛”，現(xiàn)場所有信號都需經(jīng)過傳感器及儀表的轉(zhuǎn)換，才能輸出標準信號，被PLC終端所接受。系統(tǒng)主要測量電壓、電流、液位、壓力、流量及耗電量等參數(shù)。 三、現(xiàn)場PLC終端現(xiàn)場PLC監(jiān)控終端是工業(yè)現(xiàn)場與監(jiān)控中心之間的橋梁紐帶，一方面它采集現(xiàn)場儀表、變送器、設(shè)備運行狀態(tài)等信號，另一方面它又與監(jiān)控中心通訊，執(zhí)行有關(guān)命令?，F(xiàn)場終端一般無人值守。因此，終端機的性能和質(zhì)量對系統(tǒng)的可靠性影響很大。經(jīng)充分論證，選用西門子S7-200系列PLC作現(xiàn)場終端具有較高的性能價格比，它具有體積小、易擴展、性能優(yōu)等特點，非常適合小規(guī)模的現(xiàn)場監(jiān)控。 1、PLC硬件設(shè)計 現(xiàn)場某

4、一終端需測控開關(guān)輸入信號12路，開關(guān)輸出信號14路，模擬量輸入信號9路。因此，我們選用S7-214基本單元，一塊繼電器輸出擴展單元（EM222），三塊模擬輸入擴展單元（EM231）。這樣系統(tǒng)共有開關(guān)輸入14路，開關(guān)量輸出18路，模擬量輸入信號9路，滿足現(xiàn)場要求。 2、通訊接口 S7-214PLC基本單元提供一個RS-485接口，為了與無線信道的數(shù)傳機（電源、Modem、進口電臺三者合一）相連，我們專門設(shè)計了RS-485接口的專用Modem，并采用光電隔離技術(shù)，使二者在電氣上完全獨立，避免相互干擾，由于數(shù)傳機發(fā)射時需要RTS信號，而RS-485接口又不提供RTS信號，解決這個問題有兩處方法。其一

5、，由無線Modem根據(jù)PLC的發(fā)射信息產(chǎn)生RTS信號，這就要求該Modem必須智能化，同時PLC在發(fā)送信息之前需先與Modem通信，讓其輸出RTS信號，并回送RTS已產(chǎn)生信息，然后PLC再發(fā)送現(xiàn)場信息。其二，采用PLC的某一I/O輸出點，產(chǎn)生RTS信號，由PLC在發(fā)送信息前現(xiàn)接通該點，控制數(shù)傳機發(fā)射，延時一段時間后（電臺建立載波時間），再發(fā)送信息。后一種方法簡單、實用，較好的解決了無線通信的接口問題。 3、抗干擾設(shè)計 為提高系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)場終端、數(shù)傳機、PLC、直流溫壓電源及部分變送器裝于一個控制柜內(nèi)，各部分相對獨立，便于維護。PLC開關(guān)量輸入、輸出與現(xiàn)場之間家繼電器隔離，模擬信號采用信號隔

6、離器和配電器隔離，電源采用隔離變壓器供電，以減小電源“噪聲”，同時系統(tǒng)設(shè)置良好的接地。 四、PLC軟件設(shè)計PLC終端軟件采用梯形圖語言編寫，為提高終端的抗干擾能力，軟件設(shè)計中采用了數(shù)字濾波、故障自檢、控制口令等措施，保證控制操作的正確性和可靠性。程序設(shè)計采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)，便于維護、擴展。終端軟件主要由下列模塊組成。 1、初始化程序：設(shè)定各寄存器、計數(shù)器、PLC工作模式、通信方式等參數(shù)初始值。 2、數(shù)據(jù)采集子程序：對各路模擬量數(shù)據(jù)采集、濾波、平均等處理。 3、累計運行時間子程序：對泵機等設(shè)備的運行時間進行累計。 4、脈沖量累計子程序：對電耗、流量、儀表的輸出脈沖進行累計，并進行標度變換。

7、5、遙信子程序：檢測電機、閥門、報警開關(guān)等設(shè)備的運行狀態(tài)。 6、置初值子程序：由監(jiān)控中心對時間、電耗、流量等累計參數(shù)按用戶的要求設(shè)定初始值。 7、故障自檢子程序：檢測PLC的故障信息、校驗信息，并發(fā)往監(jiān)控中心。 8、控制子程序：根據(jù)監(jiān)控中心的命令，或現(xiàn)場自控條件輸出相應的操作。 9、通訊子程序；完成與監(jiān)控中心的各種通信功能。 軟件流程見圖2 ，其中通訊程序中，接收命令采用中斷處理，通過ATCH指令使中斷事件8在接收不同特征命令下執(zhí)行不同的程序。對串行通信的超時限制則通過設(shè)定內(nèi)部定時中斷來控制，其事件號為10，定時時間由SMB34的值確定。為減少通信的誤碼，采用偶校驗及異或雙重校驗措施。 五、結(jié)

8、論本系統(tǒng)在軟、硬件方面采取了多種措施，特別是現(xiàn)場終端選用了S7-200 PLC，提高了系統(tǒng)的可靠性，在鐵路供水系統(tǒng)取得了較好的應用效果。本系統(tǒng)將無線通訊與S7-200 PLC有機的結(jié)合，解決了現(xiàn)場分布較散、距離較遠、范圍較大的系統(tǒng)監(jiān)控問題，在供水、供電、供氣、油田、氣象、水文水利等部門有較好的應用前景。遠程供水系統(tǒng)中無線通訊的實現(xiàn)發(fā)布時間：2009-4-18 來源：應用領(lǐng)域：通信/網(wǎng)絡1、 引言隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，水資源的供應和調(diào)度顯得十分重要，為了實現(xiàn)水資源的合理統(tǒng)配和調(diào)度，通訊系統(tǒng)顯得十分重要，針對本系統(tǒng)的通訊的一些問題，我們開拓思維，大膽改造，提出了利用無線通訊系統(tǒng)實現(xiàn)供水的具體方案而且

9、付諸實施。2、工程簡介2.1 東阿供水工程的系統(tǒng)簡介東阿供水工程是聊城市水利局交給我公司負責的一個項目，目的是解決聊城市供水緊張的問題。東阿供水工程水源地共布設(shè)深井12眼，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#井用變頻器控制深井泵電機，7#、 8#、9#、10#、11#、12#井用軟起動器控制深井泵電機。所有井分布在方圓幾公里范圍，經(jīng)輸水道匯總送水至聊城市水廠蓄水池，距離達四十公里。有兩個控制室：一個主控室在水源地，離泵井比較近，約兩公里左右，為水源地主控室，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各泵站的運行，進行實地的監(jiān)測和調(diào)度；一個主控室在聊城水利局下屬水廠，距離水源地幾十公里，目的是監(jiān)控蓄水情況，同時進行統(tǒng)一供水協(xié)調(diào)

10、。由于水源地的井分布比較分散，而且距離水源地主控室較遠，所以需要建立一套比較先進的中心自動控制系統(tǒng)，對分散的各個井進行集中控制和管理。2. 2實際控制要求和依據(jù)：系統(tǒng)設(shè)計能力為6萬噸/24小時，平均供水2500立方米/小時；水源地有12眼井供水，其中6臺120kw,6臺75kw；水廠有2個5000立方米的蓄水池，共計10000立方米；水源地與自來水廠蓄水池的距離為43.5公里，每個泵站的運行要求有手動、自動和遠程控制三種方式；所有泵站群設(shè)一集中控制室，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各泵站的運行，實現(xiàn)泵群的聯(lián)網(wǎng)運行；聊城水廠設(shè)一遠程監(jiān)控站點，實現(xiàn)遠程調(diào)度。根據(jù)聊城水利局的技術(shù)要求，共有12個井位納入該監(jiān)控系統(tǒng)，每臺泵

11、站井位要對壓力信號、流量信號、液位信號、電機電流信號以及電機狀態(tài)進行檢測和控制，水廠儲水量為最終被控信號，即在現(xiàn)場泵站合理調(diào)度，使其運行在最合理情況下，來保障水廠儲水量的正常穩(wěn)定。3、系統(tǒng)設(shè)計及產(chǎn)品選型3.1幾種設(shè)計方案比較1.無線通訊方式和有線通訊方式的選擇1）有線通訊方式是大多數(shù)工程普遍采取的通訊方式。它要求在12個井之間鋪設(shè)長達幾十千米的通訊電纜，通訊信號通過通訊電纜進行傳送。這種通訊方式技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且通訊信號不易受到外部的干擾，但是它自身也有缺點：通訊電纜的鋪設(shè)十分繁雜，它需要重新架線或挖溝鋪設(shè)電纜，而且?guī)资椎耐ㄓ嶋娎|也需要購進，這必將耗費大量的財力物力，使施工周期延長。2

12、）無線通訊方式是比較先進的通訊方式，目前尚沒有成熟的經(jīng)驗供我們借鑒，因此我們也是在摸索、研究，但是它的潛力十分巨大。與有線通訊相比，它具有很多自身的優(yōu)點：無線通訊是PLC將信號通過數(shù)字式電臺發(fā)射，遠方的PLC通過數(shù)字式電臺進行接收，它不用架設(shè)任何通訊電纜，而且數(shù)字電臺的價格完全可以接受，與有線通訊相比既省財力又省物力。無線通訊可以很方便地進行擴展我們完成的水源地的工程只是東阿一期供水工程今后還要不斷地建立新井，若采用無線通訊，新井只需要安裝一數(shù)字電臺，便可以完成與水源地控制室的無線通訊連接，系統(tǒng)的拓展十分的方便、簡單。覆蓋范圍廣我們選擇的數(shù)字電臺通訊能力可達周圍幾十公里，通訊幾乎可以不受空間的

13、限制。雖然有線通訊方式已比較成熟穩(wěn)定，但通過仔細論證，我們決定采用無線通訊方式。2.通訊處理器的選擇我們原來準備在水源地控制室采用S7-224 PLC控制器，但在實驗階段發(fā)現(xiàn)它在面對繁重的通訊任務時顯得力不從心，因此我們決定采用S7-300系列的PLC S7-315，附加專用的通訊模塊CP-340實現(xiàn)通訊任務。更換后，發(fā)現(xiàn)通訊處理速度明顯加快，原來完成12個井的收發(fā)通訊操作需要大約1分鐘，現(xiàn)在只需要12秒。3.是否用微波通訊水源地主控室和水廠主控室距離40公里，兩地傳送的數(shù)據(jù)量不是很大，實時性要求不高，我們選擇大功率的數(shù)字電臺，而沒有選擇價格較高的微波方式進行通訊。水源地主控室和聊城水廠主控室

14、各放置一個大功率電臺。3.2 產(chǎn)品選型根據(jù)上述技術(shù)要求，在保證完成供水工程工藝技術(shù)要求的前提下，控制裝置的選擇及監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成應以技術(shù)先進、運行可靠、操作簡單方便、畫面美觀逼真為出發(fā)點。變頻器選擇西門子MMEco系列的75KW變頻器6臺；在12個分散泵井上，每個泵井選擇1個S7-224 PLC控制器。理由是：單一泵井的通訊任務不多只需要在一定時間內(nèi)循環(huán)接收主站的信號，然后返回一個信號，每個泵井現(xiàn)場的控制任務不多。此外每個泵井還需要1個EM231，1個EM235；水源地控制室選擇一個S7-315 PLC控制器，1個CP-340通訊處理器，它是整個水源地的控制中心，通過軟件編程可接受來自12個泵站

15、、水廠的各個信號；水廠控制室選擇1個S7-31 5 PLC控制器，3個32輸入的SM321，1個32輸出的SM322，2個8輸入的SM331，1個8輸出的SM332；組態(tài)監(jiān)控軟件為西門子的WINCC；無線通訊電臺選用Friendcom的模塊式數(shù)傳電臺。（供水工程系統(tǒng)幾何拓撲結(jié)構(gòu)見圖1）系統(tǒng)的信息傳輸采用兩種網(wǎng)絡，水源地控制室和水廠控制室內(nèi)采用MPI有線網(wǎng)絡；在水源地12個泵站和水源地控制室以及水源地控制室和聊城水廠控制室之間采用快速的無線傳輸網(wǎng)絡。4、軟件設(shè)計4.1 水源地操作站S7-315的通訊程序1）具體的通訊任務水源地控制室必須不斷地保持與12個井的通訊聯(lián)系，要求速度盡量的快。通過無線電

16、臺接收分散的12個井的液位、壓力、流量、電機狀態(tài)及電磁閥信息，傳送給上位機，通過無線電臺發(fā)送至水源地主控室，主控室操作員設(shè)置對12個井的控制信號，包括電機的開關(guān)、調(diào)速等信息，通過無線電臺發(fā)送至各個泵站，實現(xiàn)遠程無線遙控。主站向每個井發(fā)送20個字節(jié)，從每個井接收20個字節(jié)。水源地主控室間隔1分鐘向聊城水廠通過大功率無線電臺傳送水源地的水量情況及井的運行信息，20個字節(jié)，以便于上級單位的統(tǒng)一調(diào)控和調(diào)度；同時從聊城水 廠接受上級控制站的控制信息，20個字節(jié)。2）主程序流程圖：中斷程序流程圖： 4）程序說明 啟動一個定時器，進行循環(huán)不間斷的12秒的定時，對每一個井的收發(fā)操作以一秒為單位。 調(diào)用FC1功

17、能塊，F(xiàn)C1中主要完成對一些量的初始化在每一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生0.8秒的使能信號；將發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)對某個井發(fā)送的數(shù)據(jù)地址進行傳遞；將井號置入發(fā)送數(shù)據(jù)的首字節(jié)。 啟動2秒定時器次定時器的作用為當用戶想對某一個井單獨操作時，立即產(chǎn)生兩秒的控制信號，中斷對原來12個井的循環(huán)收發(fā)信息操作2秒，計時結(jié)束后，控制信號失效，自動恢復原來大循環(huán)操作。 在兩秒信號起作用的情況下，調(diào)用FC2功能塊。然后將傳送到特定井的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的地址分配好。 調(diào)用FC4功能塊此功能塊的作用是產(chǎn)生一個數(shù)字校驗字節(jié)，為S7-214接收時作準備。 發(fā)送數(shù)據(jù)模塊FB3此功能塊為與CP-340配合使用的功能塊，它的作用是將指定發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)通過

18、CP-340一次性發(fā)送出去。 接收數(shù)據(jù)模塊FB2此功能塊也是與CP-340配合使用的，它的作用是將數(shù)頻電臺接收的數(shù)據(jù)信息存入指定的接收緩沖。 調(diào)用FC3功能塊。此功能塊的作用是將數(shù)頻電臺接收的信息經(jīng)過校驗后傳送到指定的數(shù)據(jù)接收區(qū)域。 調(diào)用1分鐘循環(huán)定時器 發(fā)送傳到聊城上位站的數(shù)據(jù) 中斷接收來自聊城上位站的信息 調(diào)用FC5功能塊此功能塊的作用是將數(shù)頻電臺接收來的信息經(jīng)過校驗，傳送到指定的數(shù)據(jù)接收區(qū)。4.2 泵井的S7-224的通訊程序流程1） 2）程序說明 開始的程序是現(xiàn)場泵井的操作指令，包括開啟泵井電機、開啟電磁閥、各種模擬量的引入和檢測及流量的累積。 調(diào)用SB0：SB0中主要是中斷控制字，開

19、中斷，將接收事件與INT-11相連。 如果數(shù)字電臺接收到主站發(fā)送的控制信息，便調(diào)用INT-11。INT-11為接收事件的中斷發(fā)送子程序，在INT-11中比較第一位接受來的字節(jié)是否與此泵井的井號相一致，然后調(diào)用INT-12 INT-12中，循環(huán)接收6位主站發(fā)來的信息，放到一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，然后按一定的算法進行校驗，調(diào)用INT-13 INT-13中若檢測驗證接收的數(shù)據(jù)無誤，則將這些數(shù)據(jù)放到另外一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中去，同時將此泵井的狀態(tài)信息發(fā)送回主站。4.3聊城水廠的通訊流程圖5、控制系統(tǒng)完成的功能1.東阿水源地完成的功能在水源地主控室，操作員可以對12個泵井實施無線群控，監(jiān)視其運行狀態(tài)。同時主控室接受

20、來自聊城水廠的上位信息，根據(jù)水廠的儲水量情況，采取相應的控制算法如PID算法、經(jīng)驗值法（在這不詳細介紹了）控制水源地各個泵井變頻值，從而滿足聊城水廠的水量要求。2.聊城水廠完成的功能水廠共有2個5000立方米的蓄水池，水廠主控室控制水廠的自來水生產(chǎn)、調(diào)度，實時監(jiān)控蓄水池夜位、水廠的出水量，根據(jù)生產(chǎn)情況將控制信息無線傳送給水源地，從而達到合理、有效、快捷的取水的目的。6、應用體會6.1 此次項目采用無線通訊的方式，可借鑒的經(jīng)驗不多，主要是靠在項目中邊干便摸索。其中S7-315 PLC掛電臺和S7-224 PLC掛電臺的通訊試驗了很長時間，經(jīng)過反復修改電臺的通訊參數(shù)和PLC的通訊程序才 最終成功，其間西門子的技術(shù)支持給予了很大的幫助，在此表示衷心的感謝。6.2 通訊模塊CP340是點對點的串行通訊處理器，提供3種不同的傳輸接口：RS232C、20MA（TTY）、RS422/RS485，通訊方式十分靈活，在模塊內(nèi)部已經(jīng)集成好了傳輸協(xié)議，直接在STEP7中進行必要的參數(shù)設(shè)置，便可實現(xiàn)S7-315和電臺間的數(shù)據(jù)通訊。S7-200和電臺連接直接通過S7-200的自由通訊口就可以了。6.3 無線通訊的干擾很多，通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定