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西門(mén)子S7-200 PLC在鐵路供水系統(tǒng)中的應(yīng)用
點(diǎn)擊次數(shù)：2687 發(fā)布時(shí)間：2012-2-14
[摘 要]
本文介紹了以S7-200 PLC為現(xiàn)場(chǎng)終端的無(wú)線供水調(diào)度系統(tǒng)的組成、功能,。并著重對(duì)PLC與無(wú)線Modem接口及PLC軟件設(shè)計(jì)方法進(jìn)了分析與說(shuō)明,，給出了部分程序流程圖及系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。
一,、概述
某鐵路供水系統(tǒng)由分布在十幾公里內(nèi)10個(gè)深井取水泵站,、4個(gè)增壓泵站、多個(gè)儲(chǔ)水池、水塔及用戶管網(wǎng)組成,。整個(gè)供水系統(tǒng)的高低落差達(dá)150米,，由于供水系統(tǒng)的組成及地形結(jié)構(gòu)的特殊性，過(guò)去人工監(jiān)控,，給生產(chǎn)管理,、供水調(diào)度帶來(lái)諸多不便。
實(shí)施了微機(jī)監(jiān)控后,，它能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(kāi)停,，監(jiān)視泵機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)提供生產(chǎn)管理所需的報(bào)表,、曲線,、數(shù)據(jù)查詢等功能。它的運(yùn)行對(duì)供水系統(tǒng)的安全生產(chǎn),、科學(xué)調(diào)度有著重要的意義,。
二、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心,、無(wú)線通信系統(tǒng),、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控終端、傳感器及儀表四部分組成,。
監(jiān)控中心：由微機(jī)、無(wú)線數(shù)傳機(jī),、全向天線,、模擬屏及UPS組成，主要完成各現(xiàn)場(chǎng)終端數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集,、監(jiān)測(cè),、控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ),、打印報(bào)表,、數(shù)據(jù)查詢等功能。
無(wú)線通信系統(tǒng)：監(jiān)控中心與各泵站終端之間采用無(wú)線方式通訊,。監(jiān)控中心為主動(dòng)站,，其它終端副站為被動(dòng)從站，該系統(tǒng)采用無(wú)線電管理委員會(huì)給定的數(shù)據(jù)頻率，以一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)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(chǎng)監(jiān)控終端：核心為PLC,，是一個(gè)智能設(shè)備,，它有自己的CPU和控制軟件，主要完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集,、轉(zhuǎn)換,、存儲(chǔ)、報(bào)警,、控制等功能,，并通過(guò)無(wú)線信道與監(jiān)控中心微機(jī)進(jìn)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,、控制輸出等任務(wù)。
傳感器及儀表：是PLC監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的“眼睛”,，現(xiàn)場(chǎng)所有信號(hào)都需經(jīng)過(guò)傳感器及儀表的轉(zhuǎn)換,，才能輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，被PLC終端所接受,。系統(tǒng)主要測(cè)量電壓,、電流、液位,、壓力,、流量及耗電量等參數(shù)。
三,、現(xiàn)場(chǎng)PLC終端
現(xiàn)場(chǎng)PLC監(jiān)控終端是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控中心之間的橋梁紐帶,，一方面它采集現(xiàn)場(chǎng)儀表、變送器,、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào),，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(chǎng)終端一般無(wú)人值守,。因此，終端機(jī)的性能和質(zhì)量對(duì)系統(tǒng)的可靠性影響很大,。經(jīng)充分論證,，選用西門(mén)子S7-200系列PLC作現(xiàn)場(chǎng)終端具有較高的性能價(jià)格比，它具有體積小,、易擴(kuò)展,、性能優(yōu)等特點(diǎn),，非常適合小規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。
1,、PLC硬件設(shè)計(jì)
現(xiàn)場(chǎng)某一終端需測(cè)控開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)12路,，開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)14路，模擬量輸入信號(hào)9路,。因此,，我們選用S7-214基本單元，一塊繼電器輸出擴(kuò)展單元(EM222),，三塊模擬輸入擴(kuò)展單元(EM231),。這樣系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)輸入14路，開(kāi)關(guān)量輸出18路,，模擬量輸入信號(hào)9路,，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。
2,、通訊接口
S7-214PLC基本單元提供一個(gè)RS-485接口,，為了與無(wú)線信道的數(shù)傳機(jī)(電源、Modem,、進(jìn)口電臺(tái)三者合一)相連,，我們專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了RS-485接口的Modem，并采用光電隔離技術(shù),，使二者在電氣上*獨(dú)立,，避免相互干擾，由于數(shù)傳機(jī)發(fā)射時(shí)需要RTS信號(hào),，而RS-485接口又不提供RTS信號(hào),，解決這個(gè)問(wèn)題有兩處方法。其一,，由無(wú)線Modem根據(jù)PLC的發(fā)射信息產(chǎn)生RTS信號(hào),，這就要求該Modem必須智能化，同時(shí)PLC在發(fā)送信息之前需先與Modem通信,，讓其輸出RTS信號(hào),，并回送RTS已產(chǎn)生信息，然后PLC再發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)信息,。其二，采用PLC的某一I/O輸出點(diǎn),，產(chǎn)生RTS信號(hào),，由PLC在發(fā)送信息前現(xiàn)接通該點(diǎn)，控制數(shù)傳機(jī)發(fā)射,，延時(shí)一段時(shí)間后(電臺(tái)建立載波時(shí)間),，再發(fā)送信息。后一種方法簡(jiǎn)單、實(shí)用,，較好的解決了無(wú)線通信的接口問(wèn)題,。
3、抗干擾設(shè)計(jì)
為提高系統(tǒng)的可靠性,，現(xiàn)場(chǎng)終端,、數(shù)傳機(jī)、PLC,、直流溫壓電源及部分變送器裝于一個(gè)控制柜內(nèi),，各部分相對(duì)獨(dú)立，便于維護(hù),。PLC開(kāi)關(guān)量輸入,、輸出與現(xiàn)場(chǎng)之間家繼電器隔離，模擬信號(hào)采用信號(hào)隔離器和配電器隔離,，電源采用隔離變壓器供電,，以減小電源“噪聲”，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置良好的接地,。
四,、PLC軟件設(shè)計(jì)
PLC終端軟件采用梯形圖語(yǔ)言編寫(xiě)，為提高終端的抗干擾能力,，軟件設(shè)計(jì)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(jì)采用模塊化,、功能化結(jié)構(gòu),，便于維護(hù),、擴(kuò)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(jì)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(duì)各路模擬量數(shù)據(jù)采集,、濾波、平均等處理,。
3,、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間子程序：對(duì)泵機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行累計(jì),。
4、脈沖量累計(jì)子程序：對(duì)電耗,、流量,、儀表的輸出脈沖進(jìn)行累計(jì)，并進(jìn)行標(biāo)度變換,。
5,、遙信子程序：檢測(cè)電機(jī)、閥門(mén),、報(bào)警開(kāi)關(guān)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),。
6、置初值子程序：由監(jiān)控中心對(duì)時(shí)間,、電耗,、流量等累計(jì)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(cè)PLC的故障信息,、校驗(yàn)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(chǎng)自控條件輸出相應(yīng)的操作,。
9,、通訊子程序；完成與監(jiān)控中心的各種通信功能,。
通訊程序中,，接收命令采用中斷處理，通過(guò)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(duì)串行通信的超時(shí)限制則通過(guò)設(shè)定內(nèi)部定時(shí)中斷來(lái)控制,，其事件號(hào)為10，定時(shí)時(shí)間由SMB34的值確定,。為減少通信的誤碼,，采用偶校驗(yàn)及異或雙重校驗(yàn)措施。
五,、結(jié)論
本系統(tǒng)在軟,、硬件方面采取了多種措施，特別是現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)用效果。本系統(tǒng)將無(wú)線通訊與S7-200 PLC有機(jī)的結(jié)合,，解決了現(xiàn)場(chǎng)分布較散,、距離較遠(yuǎn)、范圍較大的系統(tǒng)監(jiān)控問(wèn)題,，在供水,、供電、供氣,、油田,、氣象、水文水利等部門(mén)有較好的應(yīng)用前景,。
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