王帥 劉英超 張晨 李大華 李棟

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)水位和智能控制水泵的系統(tǒng)，其中包含了無(wú)線路由技術(shù)、軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)、傳感器技術(shù)和PLC控制技術(shù)。該系統(tǒng)可以用于工廠或個(gè)人來(lái)提高最大用水效率及提供方便。

關(guān)鍵詞：無(wú)線路由；水位；PLC；遠(yuǎn)程控制

一、系統(tǒng)的技術(shù)原理及特點(diǎn)

GPRS是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的縮寫。目前已發(fā)展到4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。GPRS是基于GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)?？梢哉f(shuō)它是GSM的延伸。 GPRS通過(guò)分組類型實(shí)現(xiàn)傳輸?；诎l(fā)送數(shù)據(jù)的大小來(lái)計(jì)算用戶的成本。因此，傳輸成本相對(duì)較低。新的GPRS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論您在哪里，它可以讓您快速訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。流行的觀點(diǎn)是：速度提高，內(nèi)容增加，應(yīng)用程序豐富，但成本下降。

PLC是由繼電器控制的概念和設(shè)計(jì)思想，與計(jì)算機(jī)技術(shù)與微電子技術(shù)結(jié)合形成的專門從事邏輯控制的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)在井控中具有良好的應(yīng)用性，具有功能強(qiáng)，可靠性高，壽命長(zhǎng)，能耗低，維修方便等特點(diǎn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，一些先進(jìn)的控制解決方案已應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的供水控制系統(tǒng)，從而代替了一般采用獨(dú)立繼電器或PLC控制系統(tǒng)。這將使控制系統(tǒng)更具可擴(kuò)展性，不易發(fā)生故障并更易于操作和維護(hù)。本項(xiàng)目通過(guò)裝有SIM卡的路由器，實(shí)現(xiàn)了PLC控制功能與GPRS無(wú)線傳輸技術(shù)的有效結(jié)合，為工業(yè)供水領(lǐng)域提供了更完美的控制方案。

二、系統(tǒng)的主要功能及工作過(guò)程

（一）數(shù)據(jù)的采集、傳輸及讀取

首先將PLC通過(guò)路由器及SIM卡提供的GPRS服務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)連接，即可將傳感器采集來(lái)的信息（如液位、電流、電壓、水流量等）通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至PC端，通過(guò)人機(jī)交互界面即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取。

（二）數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及報(bào)表生成

設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)庫(kù)，儲(chǔ)存采集來(lái)的數(shù)據(jù)，定期生成專業(yè)的統(tǒng)計(jì)圖表。

（三）系統(tǒng)參數(shù)的修改

利用數(shù)據(jù)庫(kù)生成的高度可視化的報(bào)表，可輕易得出更有利于系統(tǒng)工作及水資源利用的參數(shù)。在PC端發(fā)出修改參數(shù)的指令，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程修改PLC的工作參數(shù)。

（四）現(xiàn)場(chǎng)液位控制

PLC根據(jù)遠(yuǎn)程設(shè)置的參數(shù)，自動(dòng)控制繼電器、閥門、水泵等設(shè)備實(shí)現(xiàn)液位的精確控制。

（五）異常情況報(bào)警

系統(tǒng)的電流電壓變送器可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)工作狀況，一旦系統(tǒng)工作異常立即向PC端發(fā)送報(bào)警信息。

三、硬件的選型

電流傳感器采用霍爾傳感器，其特點(diǎn)是架構(gòu)明了，測(cè)量精確度與線性程度較高。

由于本設(shè)計(jì)致力于實(shí)現(xiàn)SIM卡提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信，而且現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境較復(fù)雜，所以路由器選擇YN3402型工業(yè)級(jí)路由器。

PLC選用SIMATIC S71200，有著緊湊模塊化的設(shè)計(jì)特點(diǎn)且具有眾多功能的指令集，這些特點(diǎn)使其成為解決工業(yè)控制問(wèn)題的不二選擇。

四、程序流程

系統(tǒng)水位控制流程如下：

（1）用戶遠(yuǎn)程設(shè)定需要的水位參數(shù)（即L，H，S），系統(tǒng)啟動(dòng)；

（2）自動(dòng)檢測(cè)水位是否處于設(shè)定范圍之內(nèi)，若處于范圍之內(nèi)則系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，持續(xù)檢測(cè)水位；

（3）若水位高于上限值則打開(kāi)水泵抽水；

（4）若水位低于下限值則打開(kāi)入水閥門加水，直到水位到達(dá)設(shè)定的額定值S系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

五、總結(jié)

本文通過(guò)3G/4G電信技術(shù)和PLC控制技術(shù)的有效整合，展示了以下優(yōu)勢(shì)：

（1）實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制和監(jiān)控，減少人員操作和工作量，大幅度提高了工廠自動(dòng)化水平。

（2）采用PLC代替繼電器控制，提高了受控設(shè)備的運(yùn)行可靠性，降低了故障率，大大縮短了故障時(shí)間，減少了電氣元件的損耗。

（3）與電纜鋪設(shè)相比，采用GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控減少了電纜和人力的投入成本，更重要的是，它解決了信號(hào)衰減的問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性、信號(hào)穩(wěn)定的控制。其最大的優(yōu)點(diǎn)是：節(jié)省了大量的繼電器和接觸器的使用。

（4）系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，使管理人員能夠在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況，及時(shí)采取修復(fù)措施，確保供水系統(tǒng)安全，減少水資源浪費(fèi)，降低運(yùn)行成本。

（5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示軟件或移動(dòng)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)供水信息的自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化管理。

（6）該系統(tǒng)可對(duì)，流量、水位閥位、累計(jì)水量等系統(tǒng)狀態(tài)信息進(jìn)行24小時(shí)全天候監(jiān)測(cè)，從而通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)遠(yuǎn)程控制功能。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭榮祥，雷高陽(yáng).基于PLC和GPRS的遠(yuǎn)程監(jiān)控供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013.21（10）.

[2]王偉.PLC和GPRS技術(shù)在遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子科技大學(xué)，2013.06.23.

[3]鄭文波，谷明珍，趙鑫，冷雪.通過(guò)MDS無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程自動(dòng)汲水與供水的控制[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007.06（134）.

[4]周麗榮. 基于S7200PLC的水塔水位自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科學(xué)之友，2012（06）.

[5]王樹(shù)東，靳雷，包群山，李夢(mèng). GPRS技術(shù)和PLC在自來(lái)水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)用水與廢水，200902（401）.

[6]邢珂，黃民改.基于S7300PLC的水庫(kù)測(cè)流監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，201110，32（5）.

[7]田國(guó)海，馬華明.基于PLC、GPRS、互聯(lián)網(wǎng)和組態(tài)軟件的泵站遠(yuǎn)程控制[J].科技論壇，61.

[8]靳雷，包群山.基于PLC和GPRS無(wú)線通信的水廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能電器及計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2009（9）.

項(xiàng)目信息： 天津理工大學(xué)2017 年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目