王玉湘WANG Yu-xiang

（沈陽航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110034）

（Shenyang Aeronautical Vocational College，Shenyang 110034，China）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活發(fā)生了巨大改變，過去傳統(tǒng)的控制方式正逐步被計(jì)算機(jī)控制所取代，從而節(jié)省了大量的人力、物力和財(cái)力，特別是在控制精度和控制手段上實(shí)現(xiàn)了飛躍發(fā)展，人機(jī)對話，影像控制等均被引用到人們的日常生產(chǎn)和生活之中。在對某市排水工程的改造中，便引用了這方面的控制手段，實(shí)現(xiàn)了具有傳感器檢測、視頻監(jiān)控、主控室遙控等功能。

城市排水是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施，對城市的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有全局性、先導(dǎo)性影響的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是城市水污染防治和城市排漬、排澇、防洪的重要工程。城市排水設(shè)施包括：接納、輸送城市排水的管網(wǎng)、泵站、溝渠、起調(diào)蓄功能的湖塘、河道以及污水處理廠、污水污泥最終處置及相關(guān)設(shè)施。城市排水設(shè)施是衡量現(xiàn)代化城市水平的重要標(biāo)志，是改善城市投資環(huán)境的重要環(huán)節(jié)。下面介紹的是基于ADSL 寬帶網(wǎng)和PLC 串口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸污水排放遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。目前，ADSL 寬帶網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已在各行業(yè)得到成功應(yīng)用，城市污水排放遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)是通過對污水排放系統(tǒng)的污水水位、水泵啟停、用電量等進(jìn)行監(jiān)測、控制及遠(yuǎn)傳等手段，實(shí)現(xiàn)對污水排放有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理及控制，通過它可以全面地了解城市污水排放系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，保證城市污水排放系統(tǒng)安全合理的運(yùn)行，并可根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行城市污水排放的規(guī)劃和科學(xué)調(diào)配，為排水部門科學(xué)管理提供準(zhǔn)確、有效的重要數(shù)據(jù)。

1 工程改造的目標(biāo)分析

1.1 改造前狀態(tài)

①指揮調(diào)度監(jiān)控中心（主站）與各污水排放站（從站）通過電話了解現(xiàn)場污水排放情況，并下達(dá)指揮命令。

②污水排放站（從站）電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、水位靠現(xiàn)場人工目測檢測。

③現(xiàn)場污水排放量統(tǒng)計(jì)和匯總，靠人工統(tǒng)計(jì)、匯總。

1.2 改造后狀態(tài)

①指揮調(diào)度中心集中監(jiān)視（主站）。

②各排放站（從站）電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)上傳監(jiān)控中心。

③污水排放量統(tǒng)計(jì)和匯總上傳監(jiān)控中心。

④日報(bào)表、月報(bào)表自動生成并上傳監(jiān)控中心。

2 改造方案設(shè)計(jì)

針對目前狀況，采用ADSL 寬帶網(wǎng)與現(xiàn)場PLC 和視頻服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸污水排放監(jiān)測系統(tǒng)方案。

系統(tǒng)由監(jiān)控中心（主站）和n 個(gè)污水排放站（從站）組成。從站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖象采集、存儲及上傳。從站對污水水位、水泵電流、啟／停狀態(tài)、超限報(bào)警等信號進(jìn)行采集及處理，采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送到主站，該系統(tǒng)可以對污水排放站進(jìn)行連續(xù)24 小時(shí)自動監(jiān)控。操作人員在監(jiān)控中心（主站）可以看到n 處從站的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，對從站運(yùn)行情況實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

2.1 系統(tǒng)組成 根據(jù)n 處從站現(xiàn)有情況和要求，本系統(tǒng)采用集散式結(jié)構(gòu)，通過監(jiān)控中心（主站）向污水排放站（從站）發(fā)布各種控制指令。系統(tǒng)流程框圖如圖1 所示。

圖1

其中，監(jiān)控中心（主站）由服務(wù)器、通訊終端、監(jiān)控軟件、打印機(jī)、監(jiān)控操縱臺等組成。污水排放站（從站）由服務(wù)器、路由器、PLC、一次測量儀、采集控制箱等組成。

計(jì)算機(jī)選用普通計(jì)算機(jī)即可，系統(tǒng)通過寬帶網(wǎng)絡(luò)同污水排放站的PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，現(xiàn)場采用圖像采集和傳感器控制系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理。設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)可以在監(jiān)控中心（主站）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。軟件系統(tǒng)具有對各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)存儲、分析、報(bào)表輸出/打印等功能。

2.2 方案特點(diǎn)

①采用西門子S7-200PLC，具有抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸率高，誤碼率低等特點(diǎn)；

②采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話，操作簡便，顯示直觀形象；

③軟件功能強(qiáng)大，可滿足不同用戶需求；

④系統(tǒng)采用高性能的監(jiān)控單元，性能穩(wěn)定，具有擴(kuò)展功能。

2.3 方案實(shí)施 由于各現(xiàn)場情況和控制要求基本相同，因此以其中一個(gè)從站來分析并制定改造方案，完成電路設(shè)計(jì)，選取相應(yīng)的器材，進(jìn)行現(xiàn)場安裝、調(diào)試。最終完成全部n 個(gè)從站的改造。

2.3.1 現(xiàn)場情況概述 該站具有進(jìn)水池2 個(gè)，進(jìn)水池水位范圍為0～4 米，進(jìn)水池配六臺軸流式污水泵，組成一套排水系統(tǒng)。其中四臺水泵型號：20ZLB-70 額定流量：4795M3/h 水泵額定揚(yáng)程：7.23 米 配套電機(jī)型號：JSL12-8電機(jī)額定功率：155KW 工作電壓：380V/AC。另兩臺水泵型號：900HD-8 額定流量：11950M3/h 水泵額定揚(yáng)程：9.0米 配套電機(jī)型號：JSL1510-10 電機(jī)額定功率：400KW工作電壓：5000V/AC。

設(shè)備配置：

攝像機(jī)2 臺（定點(diǎn)1 臺，動點(diǎn)1 臺）

液位變送器2 個(gè)（4～20mA）

電流變送器6 臺（其中4 臺150A，2 臺400A）

2.3.2 電氣原理設(shè)計(jì)介紹

信息采集：

①液位信息采集。液位信息通過污水池上的液位變送器，把液位高度變換成4～20mA 的模擬信號，并送入PLC 中的EM231 模擬量轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號變換成數(shù)字信號進(jìn)行數(shù)字處理。運(yùn)算后，將數(shù)據(jù)結(jié)果存入PLC 內(nèi)部存儲器。

②電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息采集。電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)通過AS1～AS6 六個(gè)繼電器分別連接到六個(gè)主泵電機(jī)的主接觸器線圈上。當(dāng)某主接觸器得電吸合（既某泵電機(jī)運(yùn)行），對應(yīng)的某繼電器（AS1～AS6）得電吸合，并利用繼電器對應(yīng)的觸電接到PLC 的輸入端（I0.0～I(xiàn)0.5），既把某主泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號送入PLC，通過PLC 內(nèi)部檢測，以“0”或“1”的形式送入PLC 內(nèi)部存儲器。

③泵電機(jī)電流信息采集。通過電流變送器將泵電機(jī)的實(shí)際工作電流變換成4～20mA 的模擬量信號輸入到PLC的EM231 模擬量模塊中，通過轉(zhuǎn)換將模擬信號變換成數(shù)字信號，在進(jìn)行運(yùn)算、處理后，將運(yùn)算結(jié)果存入PLC 內(nèi)部存儲器。

④流量和匯總信息采集。PLC 將內(nèi)部的泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、泵電機(jī)運(yùn)行電流及泵運(yùn)行流量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，將運(yùn)算后的流量和匯總存入PLC 內(nèi)部存儲器。

⑤圖像信息采集。圖像信息通過現(xiàn)場攝像頭將圖像信息送入到視頻服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.4 信息傳送 PLC 將內(nèi)部存儲器所得到的水池液位、泵運(yùn)行狀態(tài)、泵電機(jī)電流、污水流量、和匯總數(shù)據(jù)以串口通訊方式傳送給視頻服務(wù)器。視頻服務(wù)器再把數(shù)據(jù)信息、圖象信息傳送到ADSL 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳。

2.5 軟件程序說明 網(wǎng)絡(luò)1 是PLC 啟動時(shí)調(diào)用的初始化子程序；網(wǎng)絡(luò)2 是數(shù)據(jù)采集進(jìn)行濾波處理子程序；網(wǎng)絡(luò)3 是調(diào)用流量運(yùn)算處理子程序；網(wǎng)絡(luò)4 是串口通訊初始化程序。在程序中0 指令為接收信息完成中斷，當(dāng)PLC 串口0 接收信息完成（或閑置）時(shí)，主程序中斷去執(zhí)行中斷0 程序；在程序中1 指令為發(fā)送信息完成中斷，當(dāng)發(fā)送信息完成時(shí)，主程序中斷去執(zhí)行中斷1 程序。網(wǎng)絡(luò)13～24 為1#～6#泵運(yùn)行狀態(tài)程序。用位存儲器V1402.0～1402.5 儲存泵運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)25，26 為1#2#污水池液位運(yùn)行狀態(tài)。用位存儲器V1461.0，V1461.1 儲存液位運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)27～41為1#～6#泵流量測量值、1#2#池液位測量值運(yùn)算，并將結(jié)果分別存入存儲器VD1400～VD1430、VD1462～VD1466。網(wǎng)絡(luò)42 為匯總瞬時(shí)流量。把各泵單位時(shí)間流量相加產(chǎn)生單位時(shí)間瞬時(shí)流量，并存入VD1478 存儲器。網(wǎng)絡(luò)43 為匯總累積流量程序。既把瞬時(shí)流量折算成匯總累積流量值（該站總流量），并存入VD1482 存儲器中。

2.6 程序?qū)崿F(xiàn)過程 當(dāng)PLC 串口閑置（或發(fā)送信息完成）時(shí)，并且SM87.7 允許接收，主程序網(wǎng)絡(luò)8 工作，并把接收到的信息存入到PLC 的內(nèi)部存儲器以VB1600（50 個(gè)字節(jié)）為開始的地址中。當(dāng)接收信息完成時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷，程序由主程序轉(zhuǎn)到執(zhí)行中斷0 程序中（網(wǎng)絡(luò)5 中斷0）。在中斷0 中進(jìn)行接收信息比較（既協(xié)議效驗(yàn)），如果協(xié)議正確，V20.0 位置位，網(wǎng)絡(luò)11 中T63 定時(shí)器經(jīng)過0.8 秒延時(shí)導(dǎo)通；網(wǎng)絡(luò)12 中M0.0 置位，V20.0 復(fù)位；網(wǎng)絡(luò)9 中M0.0 導(dǎo)通，SM87.7 復(fù)位（禁止接收信息），并允許發(fā)送信息，既把存儲器以VB1400～VB1499 地址內(nèi)容（泵運(yùn)行狀態(tài)、液位狀態(tài)、水泵流量及匯總流量數(shù)據(jù)）上傳到視頻服務(wù)器。當(dāng)信息發(fā)送完成后產(chǎn)生一個(gè)中斷，去執(zhí)行中斷1 程序，首先把接收地址清零，然后再接收新指令信息，周而復(fù)始重復(fù)上述工作過程。

視頻服務(wù)器接到信息后再上傳到ADSL 寬帶網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控中心（主站）再從ADSL 網(wǎng)絡(luò)接收各從站上傳的數(shù)據(jù)，并還原成數(shù)據(jù)、圖像信息以實(shí)現(xiàn)信息從從站到主站傳輸?shù)娜^程。

3 結(jié)束語

這項(xiàng)改造已經(jīng)投入使用，性能穩(wěn)定可靠，電氣故障幾乎為零，受到用戶的好評。通過參與這項(xiàng)改造，不僅把所學(xué)知識用于社會，也從中鍛煉了自己。通過此項(xiàng)改造，解決了某市排水工程的急需，完成一件造福社會的工程。

[1]程子華.視頻學(xué)工控—觸摸屏應(yīng)用技術(shù)[M].人民郵電出版社,2010,6.

[2]張揚(yáng).S7-200PLC 原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2007,7.

[3]西門子S7-200 編程手冊.

[4]MD304L（eView）文本顯示器編程手冊.