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1、2 0 1 1 年第3 期工业仪表与自动化装置6 1 基于以太网的水厂网络监控系统杜先君(兰州理工大学，兰州7 3 0 0 5 0)摘要：介绍了基于以太网的水厂网络监控系统，运用组态王6 5 3、S 1 E P7 一M i c m W I Nv 4 OS P 6 等软件设计监控软件，并进行硬件组态。实际运行表明，系统达到了设计要求，实现了水厂的实时自动化控制。关键词：以太网；P L C；组态中图分类号：m 7 3文献标志码：A文章编号：1 0 0 0 0 6 8 2(2 0 1 1)0 3 0 0 6 l 一0 3M O I l i t o r i n ga n dc o n t m ls y
2、 s t e mo fw a t e rp l a n t sn e t w o r kb 嬲e do nE t h e m e tD Ux i a n j 岫(砌幽施M 3 砂矿胁，l D 研，如砌7 3 0 0 5 0，吼打)A b s t r a c t：T h ep 印e ri n t r o d u c e dam o n i t o r i n ga n dc o n t I _ o ls y s t e mo fw a t e rp l a n t sn e t w o r kb a s e do nE t h e m e t T km o n i t o r i n gs o
3、盯ed e s i 印e dw i t ht l l e n g v i e w6 5 3 粕dS r I E P7 一M i c r o W I NV 4 0S P 6 P I a c t i c a l 叩e r a t i o ns h o w st I l a tt h es y s t e mm e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t st oa c h i e V ear e a l-t i m ea u t o m a t i o na n dc o n t r o lo ft l l ew a t e rp l a n t s
4、娜r d s：E t l l e m e t；P L C；c o n f i g u r a t i o nO引言P L C 是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，融自动化技术、计算机技术、通信技术为一体的新型工业自动化控制装置，目前已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中。工业以太网是当前工业控制领域的研究热点。工业以太网重点在于利用交换式以太网技术为控制器和操作站，各种工作站之间的相互协调合作提供一种交互机制并和上层信息网络无缝集成。目前工业以太网开始在监控层网络上逐渐占据主流位置，正在向现场设备层网络渗透。工业以太网相对于以往自动化技术有很多优
5、势。1系统现状乌市某水厂共有1 0 个泵房，其中1#泵房位于水厂院内，其余9 个泵房自东向西一字排开分布，每个泵房控制2 台水泵，一台深井泵，一台浅井泵，功率除了新建的0#、9 栉泵房为5 5k w 外，其余均为5 0k w，收稿日期：2 0 l O 一0 r 7 一1 6作者简介：杜先君(1 9 7 9)，男，甘肃兰州人，博士研究生，讲师，研究方向为工业自动化，复杂系统建模与控制。都是通过软启动器进行控制。原有8 个泵房各由一个P L C 控制箱控制，P L C通过无线电台和水厂控制中心进行数据通信，实现远程操控等功能，除1#外另有7 个泵房(2#8#)各有一路视频信号和红外报警信号经由光端
6、发射机通过一根单模光纤送至水厂中控室，再经过光端接收机还原视频信号接入硬盘录像机进行记录和显示，报警信号则还原后接声光报警设备。由于水厂周嗣后建有大量风力发电设备，对电台无线通信干扰严重，加之原有数传电台功率偏小，老化严重，致使数据通信时有错误，采集数据不准确，经常显示通信异常；同时原有系统采集的数据不够全面，不能满足水厂实际生产的需要，因此提出增加测量参数的要求，希望能够采集到水泵运行的主要电参数，包括电压、电流、功率、功率因数、有功电量等；另外新建泵房无P L C 控制系统和视频监控系统，新泵房需要手动控制，而2 个新泵房相距将近6k m，费人费力，泵房安全方面也无法保证，改造迫在眉睫。2
7、 改造实施路线2 1 系统测控对象每个泵房需要测量的模拟量4 个、开关量1 0万方数据6 2 工业仪表与自动化装置2 0 1 1 年第3 期个，另外需要采集每台水泵运行的电参数，包括电压、电流、功率、功率因数、有功电量，同时还有泵房的视频信号以及门禁信号。2 2 系统改造方案基于原有系统已经敷设光纤，且有冗余，本着经济、可靠、技术先进、操作维护简单的原则，提出如下解决方案：首先，为了解决P L C 通信不可靠的问题，采用红外报警信号声兜报警器视频信弓光纤通信的方式进行解决，光纤通信速度快，不受周围电磁环境的干扰，可靠性非常高，鉴于现场老泵房已经铺设有光纤的实际，可以复用现有视频采集系统的光纤通
8、路，原有泵房敷设有2 根8 芯的单模光纤，一根自水厂去东面泵房，一根去水厂西面泵房，各自已经使用4 芯，还有4 芯备用。在O#和2#泵房之间以及8#和9#泵房之间各重新敷设8 芯直埋的铠装单模光纤，具体控制结构如图1 所示。显刁二器监视器T(M 鼢I 厂1 虿而多端几硬盘录像机以太嘲交换机 T C P I P裂囱1 啊赢红外报警器OI 摄像头。其余单u 光端接收机其余单口光端发射机鳝图1视频及数据通信网络拓扑每个泵站安装一台光端发射机，发射机具有一路视频输入、一个T C P I P 以太网口和一路开关量信号接口，每个站占用一芯单模光纤，在控制中心端配置光端接收机把视频和数据信号还原出来，这样就
9、构成了点对点的监控系统，每一路互相独立，速度快，可靠性高。惟一不同的是在2#和8#站点配置2路视频输入和1 路以太网接口的光端机，并加上工业以太网交换机，以便把0#和9#的信号复用到原有光路进行通信，将来扩展也很方便。视频信号接入现有的硬盘录像机。P L C 的数据通信信号全部经过以太网接口进行汇总，传输协议为T C P I P 旧，只要给每台P L C 分配不同的I P 地址就能够访问。P L C 选择西门子s 7 2 0 0 的紧凑型P L CC P u 2 2 4 c N，该P L c 本机集成1 4 路输入，1 0 路继电器输出，有1 个R S 4 8 5 通信端口，扩展配置2 块4
10、路差分输入的模拟量采集E M 2 3 1 就可以完全满足实际需要。C P 2 4 3 1 以太网模块可将P L C 与光端机红外报警信号红外报警器8连在一起，如果后续有扩展需要，该机型P L C 最大可连接7 个扩展模块，还可以方便的进行扩展配置。P L C 配置结构见图2。另外，为了保证控制系统的可靠性，对控制系统P L C 进行了单模块化接地。R S。赢r 1 一五否I P 下下_稠I 翥流量计图2P L C 配置结构图水泵的电量数据采集通过安装综合电量采集模块的办法进行解决，由于现场水泵软启柜内安装好三相电流互感器，适合于综合电量采集模块来进行电参数的采集，该模块具备R S 4 8 5
11、通信接口，全部电量数据可以送到P L C，最后由P L C 经光纤送到水厂控制中心。该模块是一智能型三相电参数数据综机一一机收一纤一射接u一兜一发”器 粉光一一光鲥一一瞬机一一机收一一射接”一一发”黼舣丑神双黼似丑蝴陬兜一光一光始一一捕机一一机贼二善|噍叫一一恢枷弹丑霪弹鲥一一鲥机一一机收一纤一射一=墓光一一光衅一一僻万方数据2 0 1 1 年第3 期工业仪表与自动化装置6 3 合采集模块；三表法准确测量三相三线制或三相四线制交流电路中的三相电流、三相电压(有效值)、有功功率、无功功率、功率因数、频率、正反向有功电度、正反向无功电度等电参数。其输入为=三相电压、三相电流；输出为R S 一4 8
12、 5 接口的数字信号。上位部分采用组态王K i n gV i e w6 5 3 编制实现，主要编制了各个泵房的工况、历史曲线、数据报表、历史数据查询、故障报警以及水厂泵群工况等画面。实现控制室内完全监控各泵房的基本功能，界面友好，切换容易，操作简单。3系统功能完成改造后，配合新设计的上位组态软件监控程序，可以实现如下一些功能：1)能够远程控制水源井泵的启停，监测机泵的运行状态，定时采集存储及时刷新显示水位、压力、电机电流、电压等数据。在发生故障时，发出故障报警信号并自动记录，并具备停机保护功能。当仪表出故障未修复更换前，保证设备安全运行的前提下可在组态界面使其脱离在线错误发信状态，以维持正常控
13、泵操作，操作图形界面显示出相应仪表脱离运行状态。P L C 系统中可以利用水位或压力设定参数自动控制开停泵，能根据预定顺序开停泵，允许人工设置预定参数；2)为保证系统运行安全，按工程师级、操作员级密码设定用户登录操作修改权限；3)图形界面清晰美观，显示单泵运行状态图、井群运行状态图、现时及历史运行趋势比较图、数据汇总表等，用动态色彩转换画面显示各工艺生产流程及变化，操作界面简单明确，并设置必要的确认步骤以防止误操作；4)根据用户实际需要建立数据库，定时长年的存储重要运行数据，便于随时查询和进行统计分析；5)根据今后扩展、变化及方便组态，对图形、仪表设备参数、报表格式等进行修改；6)各种日、月、
14、年报表、趋势图等，可根据需要随时进行打印(日报表自动打印)。4 结语工程自开始调试、运行至今近1 年时间，企业反映系统提供了友好的工作界面，丰富的人机联系以及较强的自动功能，有效地提高了系统的运行效率和管理水平，大大减轻了运行人员的工作量。实践表明，该系统配置合理，运行可靠。参考文献：1 黄新飞，李华P L c 在自来水管网监控系统中的应用 J 电气传动自动化，2 0 0 4，2 6(5)：3 4 3 6 2 徐建俊，周杏鹏，张辑基于以太网的自来水厂监控系统 J 电工技术，2 0 0 6(9)：5 l 一5 2(上接第6 0 页)2)集中管理上位机可实现对相关参数及设备运行状态的实时显示、报警
15、和记录历史数据并形成报表。特别是对各班次的生产配料情况进行记录、统计，为相关生产管理部门提供可靠的生产分析与决策依据。3)摄像监控通过摄像监控系统的视频窗口实时监控生产现场设备运行状况，可及时发现设备及管路的异常现象，最终实现设备无人值守、控制室集中管理的目标与要求，为生产考核和降低成本提供可靠的数据。6 结束语基于s 7 3 0 0P L C 的加气块生产监控系统的设计，充分发挥了该系列P L C 配置灵活、控制可靠、编程方便及可现场调试的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。上位机监控系统利用当前比较流行的监控组态软件w i n C C 进行设计，节省了系统的开发时间，提高了系统的可靠性、
16、通用性及可扩充性。实践证明，系统实现了设备状态检测及控制，过程参数检测及控制，设备运行状态及运行参数显示、报表，制备参数设置，零点及系数自动标定，全线自动控制、报警、开机预告，现场控制柜状态显示等功能。参考文献：1 盂凡强石膏粉生产线集散控制系统 J 济南大学学报：自然科学版，2 0 0 5，1 9(1)：6 4 6 7 2 崔坚西门子工业网络通信指南 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 5：l O l 一1 0 5 3 孙承志西门子S 一2 0 0 3 0 0 4 0 0P L c 基础与应用技术 M 北京：机械T 业出版社，2 0 0 9：2 0 3 2 0 7 4 吴明亮，隋晶晶，赵学
17、，等，P L c 在石灰石制粉控制系统中的应用 J 工业仪表与自动化装置。2 0 l l(1)：4 6 一镐(5 袁铸钢，孟庆金加气砼生产浇注过程自动控制系统 J 济南大学学报：自然科学版，2 0 0 l，1 5(3)：2 6 7 2 6 9 6 苏昆哲深入浅出西门子w i n c cV 6 M 北京：北京航空航天大学出版社2 0 0 4：1 5 7 一l“万方数据基于以太网的水厂网络监控系统基于以太网的水厂网络监控系统作者：杜先君，DU Xianjun作者单位：兰州理工大学,兰州,730050刊名：工业仪表与自动化装置英文刊名：INDUSTRIAL INSTRUMENTATION&AUTOMATION年，卷(期)：2011(3)参考文献(2条)参考文献(2条)1.徐建俊;周杏鹏;张辑 基于以太网的自来水厂监控系统期刊论文-电工技术 2006(09)2.黄新飞;李华 PLC在自来水管网监控系统中的应用期刊论文-电气传动自动化 2004(05)本文链接：http:/