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基于組態(tài)王及多串口通訊的鐵路供水監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

時(shí)間:2008-09-17 10:43:00來源:fenghy

導(dǎo)語:?基于組態(tài)王及多串口通訊提出了鐵路變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及實(shí)施方案,對系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了闡述,對系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和研究。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于鐵路供水,達(dá)到了自動(dòng)控制,節(jié)能降耗的目的
摘 要:基于組態(tài)王及多串口通訊提出了鐵路變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及實(shí)施方案,對系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了闡述,對系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和研究。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于鐵路供水,達(dá)到了自動(dòng)控制,節(jié)能降耗的目的。 關(guān)鍵詞:多串口通訊;組態(tài)軟件;監(jiān)控系統(tǒng) 0 引言   在鐵路供水中,由于管網(wǎng)地理位置分散,而控制系統(tǒng)要求可靠、安全,故常采取現(xiàn)場手動(dòng)操作、人工抄表、電話報(bào)數(shù)等調(diào)度方法,所以采集信息數(shù)量少、處理慢、傳遞遲,遇上爆漏或火災(zāi)等突發(fā)事故,反應(yīng)遲鈍、損失擴(kuò)大。這類監(jiān)控方式技術(shù)比較落后,很難適應(yīng)現(xiàn)代化的要求。因此基于先進(jìn)的控制技術(shù)設(shè)計(jì)一套全自動(dòng)在線監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的。   濟(jì)南鐵路局兗州水電站供水所,負(fù)責(zé)車務(wù)段、電務(wù)段、機(jī)車負(fù)載荷實(shí)驗(yàn)室、建筑工區(qū)、鍋爐房、鐵路學(xué)校、醫(yī)院、公寓、宿舍等的供水,供水任務(wù)繁重,對監(jiān)控系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文介紹濟(jì)南鐵路局兗州水電站恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 1 系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計(jì)   1.1 硬件設(shè)計(jì)   兗州水電站供水所共有深水井四眼,1號(hào)、3號(hào)井深120米,2號(hào)、4號(hào)井深80米,5號(hào)井備用。共配有深水井潛水泵4臺(tái),運(yùn)行方式采用3用1備的方式,可實(shí)現(xiàn)任意3臺(tái)泵的自由變頻組合。出口壓力為恒壓0.33MPa(0~1MPa可調(diào)),啟動(dòng)方式為自耦降壓啟動(dòng)。   根據(jù)供水所的工藝要求,監(jiān)控系統(tǒng)采用上、下位機(jī)組成的主從式控制系統(tǒng)[1]。在下位機(jī)選擇方面,系統(tǒng)選擇了專為工業(yè)控制設(shè)計(jì)的PLC,型號(hào)為歐姆龍公司的CPM2A。這是由于PLC采取了多層次抗干擾及精選元器件等措施,使其平均無故障時(shí)間通常在20000小時(shí)以上[2]。PLC 在監(jiān)控系統(tǒng)中一方面控制控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止,變頻泵組的選擇,另一方面采集設(shè)備的故障、報(bào)警信號(hào)。同時(shí)PLC把系統(tǒng)的開關(guān)量信號(hào)傳送給工控機(jī),監(jiān)控軟件通過PLC完成對系統(tǒng)的控制和開關(guān)量信號(hào)的采集。在上位機(jī)選擇方面,系統(tǒng)選用ADVANTECH IPC 610工控機(jī),以運(yùn)行組態(tài)和監(jiān)控軟件,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的檢測。   本監(jiān)控系統(tǒng)中需要處理的模擬量信號(hào)分布于5個(gè)分散的水井和一個(gè)遠(yuǎn)距離的水塔,被控對象較分散,若采用板卡方式集中控制,布線及施工難度大、造價(jià)高,且信號(hào)的傳遞距離有限,不能很好的滿足系統(tǒng)的信號(hào)采集要求。鑒于此,系統(tǒng)采用模擬量采集模塊,可以通過RS—485在現(xiàn)場組成信號(hào)采集網(wǎng)絡(luò),然后通過RS—485轉(zhuǎn)RS—232模塊,與計(jì)算機(jī)進(jìn)行串口通信,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分散信號(hào)的采集、傳輸[3]。   基于整個(gè)供水系統(tǒng)的節(jié)能、自動(dòng)化、可靠性以及遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,本供水系統(tǒng)采用變頻恒壓控制的模式。鑒于泵組中泵的最大功率為22KW,且采用3用1備,循環(huán)變頻的運(yùn)行方式。所以系統(tǒng)選用的變頻器功率為30KW??紤]控制和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測要求以及性能價(jià)格比,選用的變頻器為SAMCO-VM05 系列SPF-30K-C型。   由于CPM2A、SAMCO-VM05、ADAM-4017需要與上位機(jī)進(jìn)行串口通訊以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)采集,故采用研華PCL849A多串口卡來實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展。PCL849A卡提供了4個(gè)RS-232串口,可以滿足多臺(tái)設(shè)備的同時(shí)工作,并為以后的設(shè)備更新和升級(jí)提供接口。   因此本監(jiān)控系統(tǒng)控制部分由ADVANTECH IPC 610工控機(jī)、CPM2A可編程控制器、SAMCIO-VM05專用供水變頻器等組成。信號(hào)采集部分用模擬量采集模塊ADAM-4017、水位變送器、流量變送器、電流變送器、電壓變送器等。電路由自耦降壓器、中間繼電器、交流接觸器、熱繼電器、空氣斷路開關(guān)等組成。   系統(tǒng)的啟停,各設(shè)備的故障、報(bào)警,變頻泵的選擇,開關(guān)量信號(hào)的采集通過可編程控制器實(shí)現(xiàn)。泵組的循環(huán)變頻,壓力設(shè)定通過變頻器實(shí)現(xiàn)。電壓、電流、水位、流量、壓力等信號(hào)由相應(yīng)的傳感器采集,轉(zhuǎn)換為4~20mA的信號(hào)由模擬量采集模塊傳送到工控機(jī)。   在工控機(jī)上通過監(jiān)控軟件完成整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)采集,實(shí)現(xiàn)泵的啟停、選擇等控制,以及各設(shè)備報(bào)警、故障的檢測、顯示。   在本恒壓供水系統(tǒng)中,由“自動(dòng)啟動(dòng)”按鈕控制可編程控制器輸入寄存器的值,當(dāng)該按鈕動(dòng)作后,PLC對4臺(tái)水泵的故障、4個(gè)深水井的下限報(bào)警以及余氯儀和變頻器的故障等進(jìn)行檢測。若符合條件,PLC使變頻器多功能輸入端子DI1輸入有效,此時(shí)變頻器運(yùn)行。由“1號(hào)泵選擇”按鈕控制PLC擴(kuò)展模塊輸入寄存器的值。該按鈕動(dòng)作后,PLC確認(rèn)變頻器可對泵組進(jìn)行變頻,使多功能輸入端子DI2輸入有效,1號(hào)泵被選中變頻運(yùn)行。同理,2號(hào)泵,3號(hào)泵,4號(hào)泵以同樣的方式進(jìn)入變頻工作模式。如果要求對泵組全部進(jìn)行工頻運(yùn)行,應(yīng)使變頻器無法啟動(dòng)。本供水系統(tǒng)利用變頻器IRF端子輸入壓力變送器采集到的管網(wǎng)中的壓力值,該壓力信號(hào)為4~20毫安的模擬信號(hào)。變頻器根據(jù)設(shè)定的壓力值,對采集到的壓力值進(jìn)行處理,利用其內(nèi)置的PID調(diào)節(jié)進(jìn)行頻率設(shè)定。   1.2多串口通訊方式   監(jiān)控系統(tǒng)中,工控機(jī)與PLC、變頻器、模擬量采集模塊是通過串口進(jìn)行通訊,原理如圖1所示。串口擴(kuò)展采用研華PCL849A卡來實(shí)現(xiàn)。PCL849A卡需要設(shè)置擴(kuò)展串口的地址、使用的中斷、通訊速度以及操作系統(tǒng)的類型等,這些都通過板卡上的多組跳線來完成。在設(shè)定擴(kuò)展串口的地址、中斷時(shí),本文避免了操作系統(tǒng)已經(jīng)使用的地址和中斷號(hào)。利用組態(tài)王設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可方便地實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場控制設(shè)備的通訊。組態(tài)王串口類邏輯設(shè)備是其內(nèi)嵌的串口驅(qū)動(dòng)程序的邏輯名稱,對應(yīng)著與計(jì)算機(jī)串口相連的實(shí)際設(shè)備,以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式供組態(tài)王調(diào)用。 [align=center] 圖1監(jiān)控系統(tǒng)通信原理[/align]   為使PLC與監(jiān)控軟件建立通訊,需要對COM1口在監(jiān)控軟件中通訊參數(shù)如波特率、奇偶校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)傳輸位等進(jìn)行設(shè)定。CPM2A的I/O設(shè)備地址在組態(tài)王中的尋址范圍上限為31。CPM2A輸入輸出寄存器的在其編程軟件CX-Programmer中IR寄存器數(shù)據(jù)類型為離散性,在組態(tài)王中利用函數(shù)BIT(VAR,BITNO)讀取16個(gè)CPM2A的IR寄存器的值,其中參數(shù)BITNO為16位中對應(yīng)的通道號(hào)。在監(jiān)控系統(tǒng)中通過組態(tài)王的BITSET命令完成對泵群的啟停、變頻選擇等開關(guān)量信號(hào)的控制。   同理為使ADAM-4017與監(jiān)控軟件建立通訊,也需要對其通訊參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)定。待ADAM-4017進(jìn)入INT*狀態(tài),檢索生效后,用ADAM UTILITY PROGRAM對其進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。為使監(jiān)控軟件與其進(jìn)行通訊,需要對其各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)定。Address 值為設(shè)置模塊在ADAM網(wǎng)絡(luò)中的地址值,每個(gè)模塊的地址唯一。ADAM網(wǎng)絡(luò)可支持256個(gè)可尋址的ADAM模塊,距離可達(dá)十多公里,每段可連接16個(gè)ADAM。當(dāng)需要增加模塊數(shù)量或距離超過1.2km時(shí),可以通過增加ADAM-4510中繼器的方式解決。在ADAM網(wǎng)絡(luò)中,ADAM-4510和ADAM-4520不占用地址。由于每個(gè)ADAM-4017模塊默認(rèn)值為1,需要對其在網(wǎng)絡(luò)中的通訊地址進(jìn)行標(biāo)示、確認(rèn),所以可對所用各模塊在單機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行地址寫入后,然后組建通訊網(wǎng)絡(luò)。ADAM-4017組網(wǎng)后,可以對各模塊的參數(shù)進(jìn)行更改、設(shè)定。在控制現(xiàn)場,本系統(tǒng)利用24伏直流電源和數(shù)個(gè)滑動(dòng)電阻進(jìn)行各模塊的電壓采集測試,進(jìn)一步對電路和各設(shè)定參數(shù)檢查后,采集值初步符合要求,在此基礎(chǔ)上針對本監(jiān)控系統(tǒng)對各模塊利用信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行了校準(zhǔn)。本監(jiān)控系統(tǒng)中通過ADAM-4017使用組態(tài)王采集電流、電壓、流速、液位等4~20mA的模擬量信號(hào)。 2 軟件設(shè)計(jì)   組態(tài)的概念最早來自英文configuration[4],含義是使用軟件工具對計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置,達(dá)到計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置,自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù),滿足使用者要求的目的。由于組態(tài)軟件提高了系統(tǒng)的可靠性,縮短了項(xiàng)目開發(fā)周期,減少了開發(fā)費(fèi)用,在工業(yè)控制中,國內(nèi)外的無數(shù)成功工程實(shí)例也充分證明了采用組態(tài)軟件是大勢所趨。鑒于此,本文采用了組態(tài)王進(jìn)行組態(tài)設(shè)計(jì)。   本系統(tǒng)開發(fā)的主要界面有:(1) 系統(tǒng)控制界面:實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制軟件化,通過計(jì)算機(jī)完成電氣柜上的所有手動(dòng)控制。變頻柜控制界面如圖2所示。 [align=center] 圖2變頻柜控制界面[/align]  ?。?) 狀態(tài)顯示界面:該界面監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行情況,模擬系統(tǒng)的工藝流程。(3) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線顯示:監(jiān)視設(shè)備重要參數(shù)的變化趨勢,從而可以了解設(shè)備在一段時(shí)間的運(yùn)行狀況,如各泵電流曲線、電壓曲線、泵工作狀態(tài)曲線、流量曲線、各井水位曲線、水塔曲線、管網(wǎng)壓力曲線等。其中泵的電流曲線如圖3所示。 [align=center] 圖3泵的電流曲線[/align]  ?。?) 實(shí)時(shí)報(bào)警處理:對系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷,發(fā)出報(bào)警信號(hào),按技術(shù)要求處理并自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備控制。如氯氣泄漏報(bào)警、消毒故障報(bào)警、各泵故障報(bào)警、水塔水位上下限報(bào)警、水井下限報(bào)警、余氯上下限報(bào)警等。(5) 報(bào)表記錄等:日監(jiān)測記錄、工作日志、月工作簿、月度報(bào)告、報(bào)表查詢等。   本監(jiān)控系統(tǒng)可以運(yùn)行在基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)上,從而實(shí)現(xiàn)從下位機(jī)到上位機(jī),到遠(yuǎn)程服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)化通訊。本監(jiān)控系統(tǒng)作為C/S模式,其服務(wù)器可以根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)置為IO服務(wù)器,歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器,報(bào)警服務(wù)器,登錄服務(wù)器和WEB服務(wù)器等。系統(tǒng)的一個(gè)站點(diǎn)在指定為一種服務(wù)器的同時(shí),也可以兼作其他類型的服務(wù)器,同時(shí)還可以做其他站點(diǎn)服務(wù)器的客戶機(jī)。這種柔性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)的整體容量并改善了系統(tǒng)性能。WEB服務(wù)器利用HTML等技術(shù)將設(shè)備運(yùn)行畫面、各種動(dòng)態(tài)曲線、報(bào)表等生成動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。 3 結(jié)束語   該鐵路供水監(jiān)控系統(tǒng)已在濟(jì)南鐵路局兗州水電站安全運(yùn)行多時(shí)(已通過山東省科技廳的鑒定,第942號(hào)),滿足了企業(yè)供水對自動(dòng)化應(yīng)用的需求,為實(shí)現(xiàn)水廠的無人值班、少人職守、降能節(jié)耗和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了新的解決方案。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了供水監(jiān)控遠(yuǎn)程化和信息網(wǎng)絡(luò)化,達(dá)到了節(jié)水降耗效果,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。   創(chuàng)新點(diǎn):本監(jiān)控系統(tǒng)所采用的多串口基于組態(tài)的實(shí)現(xiàn)方式為變頻恒壓供水監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種新的解決方案,并投入實(shí)際應(yīng)用,系統(tǒng)合理、可靠,滿足了企業(yè)供自動(dòng)化的需求。 參考文獻(xiàn):   [1]汪傳生等.基于組態(tài)王6.5的實(shí)驗(yàn)型密煉機(jī)控制系統(tǒng),微計(jì)算機(jī)信息,2007,1-1   [2]邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò)通信及應(yīng)用.北京: 清華大學(xué)出版社,2000   [3]馬明建,周長城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù).西安:西安交通大學(xué)出版社,1998   [4]馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用.清華大學(xué)出版社,2001

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