基于S7—2 OO自來水管網(wǎng)無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

引言
    自來水的供應(yīng)關(guān)系國計民生，各級自來水供水公司擔(dān)負(fù)著舉足輕重的地位，在城市供水中，對于現(xiàn)代化技術(shù)的應(yīng)用十分迫切。隨著城市規(guī)模的不斷擴大，用水量的逐漸增加，自來水供水系統(tǒng)往往需要在多處水源井進行取水．然后通過集中管網(wǎng)供水或通過分區(qū)域分別供水，使自來水能夠滿足一定的壓力下順利進入家庭用戶及滿足其他各種社會需求。隨著供水時段的不同．以及用水區(qū)域的不同，所需供水量有很大差異。同時水源井分布分散、距離遠(yuǎn)，有的水源井遠(yuǎn)離市區(qū)，不利于搭建有線網(wǎng)絡(luò)。因此需要搭建無線傳輸網(wǎng)絡(luò)對管網(wǎng)各處水壓等進行檢測，再通過無線網(wǎng)絡(luò)對水源井的水泵、加壓水泵等進行遠(yuǎn)程開關(guān)控制．實現(xiàn)管網(wǎng)的穩(wěn)定供水。實現(xiàn)通過控制中心就可以遠(yuǎn)程檢測控制管網(wǎng)壓力、水泵運轉(zhuǎn)等功能。實現(xiàn)成本的降低，以及高效合理的供水，提高企業(yè)競爭力和效益增加。

1 無線監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要功能
    本系統(tǒng)是針對于自來水公司中心機房對相距較遠(yuǎn)的多個泵房水泵進行數(shù)據(jù)采集和水泵行為控制而設(shè)計，完全采用GPRS遠(yuǎn)程無線控制，只要手機信號覆蓋到的地方就都可以進行數(shù)據(jù)采集和行為控制，中心控制機房和泵房之間沒有距離限制。整個系統(tǒng)主要分為兩部分，泵房設(shè)備監(jiān)控單元和控制中心?？刂浦行呐c各泵房監(jiān)控單元通信及組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    整個系統(tǒng)由一個中心控制室和若干個現(xiàn)場PLc控制站組成，現(xiàn)場PLC控制站，由可編程序控制器(S7-200 PLC)系統(tǒng)及檢測儀表組成，對各水源井房及泵房進行分散控制；再由中心控制室(CCR)，對各現(xiàn)場控制站實行集中管理?，F(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過PLC系統(tǒng)進行采集，并通過主干通訊網(wǎng)絡(luò)GPRS無線網(wǎng)絡(luò)，通過DTU設(shè)備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息，采用TCP＼IP通信協(xié)議，通過INTERNET傳送到中心控制室監(jiān)控計算機集中監(jiān)控和管理。同樣，中心控制室監(jiān)控計算機的控制命令也通過上述通道傳送到PLC的測控終端，實施各單元的分散控制。現(xiàn)場與中心控制室之間通過高速工業(yè)以太網(wǎng)或者GPRS設(shè)備連接，以便于實現(xiàn)近遠(yuǎn)期系統(tǒng)的無縫對接。
    控制中心主要完成對公司供水系統(tǒng)的管理、調(diào)度、集中操作、監(jiān)視、系統(tǒng)功能組態(tài)、控制參數(shù)在線修改和設(shè)置、記錄、報表生成及打印、故障報警及打印。對實時采集的數(shù)據(jù)進行處理?？刂撇僮饕约胺治鼋y(tǒng)計等功能。通過高分辨率液晶顯示器或電子屏可直觀地動態(tài)顯示整個供水系統(tǒng)工藝流程段的實時情況、各工藝參數(shù)的趨勢畫面，使操作人員及時掌握整個供水系統(tǒng)的運行情況。

2 泵房設(shè)備監(jiān)控單元
2．1 S7—200芯片簡介
    SIMATIC S7．200系列PLC是Siemens公司推出的一代功能強大并且完善的小型PLC，是將其在工業(yè)通訊方面的經(jīng)驗和最新的TCP／IP技術(shù)相結(jié)合的結(jié)果，具有革命化的分布式結(jié)構(gòu)。所有模塊均安裝在一個或多個框架內(nèi)，且每個模塊使用螺釘固定在框架上，以防震動引起松動。工作環(huán)境溫度為O℃～60℃。貯藏溫度為一40℃～70℃。連續(xù)操作的相對溫度為5％～95％。該系列PLC在該系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。S7—200 PLC數(shù)字量輸入／輸出點數(shù)可達64 DI／64DO，模擬量輸入／輸出路數(shù)可達16AI／16AO，可實現(xiàn)定時控制、中斷控制、PID控制等。該系列PLC最大的優(yōu)點是為用戶提供自由口通信，用戶可通過軟件將通信口設(shè)為自由口方式。自由口通信方式是S7-200 PLC的特色功能．它使S7-200PLC可以與任何通信協(xié)議公開的其它設(shè)備、控制器進行通信，即S7-200 PLC可以由用戶自己定義通信協(xié)議工作，波特率最高為38．4 kbps(可調(diào)節(jié))。由于S7-200系列PLC具有上述自由口通信方式的特色功能，可以支持多種通訊方式。而且S7-200系列PLC是目前國內(nèi)工業(yè)控制市場上性能價格比高、擴展靈活的PLC系統(tǒng)，因此選用該系列PLC。
2．2 泵房監(jiān)控硬件設(shè)計
    每個現(xiàn)場控制站配置一套控制柜。主要包括Siemens公司S7-200系列可編程序控制器、模擬量擴展模塊、GPRS傳輸設(shè)備、24VDC開關(guān)電源裝置、過電壓保護裝置、小型斷路器、接線端子、小型繼電器、安裝連接線纜及其它附件等控制設(shè)備。PLC控制設(shè)備并從設(shè)備上讀取信息，PLC設(shè)備與DTU連接，DTU實現(xiàn)了與中心機房控制計算機的無線數(shù)據(jù)交互．中心機房將控制信號通過無線方式發(fā)送給DTU，DTU控制PLC實現(xiàn)了中心機房對水泵的控制，泵房各種數(shù)據(jù)(電壓、電流、壓力、流量、水池液位等)通過PLC傳輸給DTU，DTU再傳輸給中心機房，存儲到數(shù)據(jù)庫中。硬件連接如圖2所示。

    PLC模塊為檢測控制的中心，水源井水泵、加壓水泵和清水池液位信息等均傳輸至PLC，根據(jù)已經(jīng)載入的程序?qū)崿F(xiàn)對水源井及加壓水泵的開關(guān)控制。同時通過與PLC相連接的無線收發(fā)模塊DTU，將水源井水泵和加壓水泵的啟、停機及電流、電壓、壓力、流量、等相關(guān)數(shù)據(jù)傳送至控制中心?？刂浦行牟坏梢詫崟r掌握各個水源地的信息，同時也可以根據(jù)需要實行遠(yuǎn)程控制。將控制信息通過TCP／IP通信協(xié)議傳送給指定的監(jiān)控單元的DTU，DTU將接收到的信息傳輸至PLC處理，控制相應(yīng)繼電器工作，實現(xiàn)水泵的開關(guān)控制。由于在無線通信過程中存在延時。偏遠(yuǎn)水源井接收和返回水泵電壓和電流信息可達3分鐘左右。因此需在控制中心組態(tài)軟件設(shè)計中加入延時保護程序，避免連續(xù)的誤操作，損害水泵壽命。加壓水泵設(shè)置為可手動／自動控制，手動狀態(tài)下，可在就地控制柜上單機起停，在自動控制狀態(tài)下：根據(jù)清水池液位(清水池設(shè)有超聲波液位計，隨時監(jiān)控水位時實數(shù)據(jù))及出水流量自動控制水泵的開／停。根據(jù)清水池最低液位。自動停泵，實現(xiàn)泵的干運轉(zhuǎn)保護。由于不同時間段用水量存在較大差異，一般采用多臺水泵進行加壓供水?？赏ㄟ^PLC擴展模塊分別連接每個加壓水泵，并通過程序設(shè)計實現(xiàn)每一臺泵的起動次數(shù)和總的運行小時數(shù)均衡。通過這種設(shè)計可以較大程度的延長水泵的使用壽命和無故障運行的時間，為企業(yè)節(jié)約了設(shè)備維護和設(shè)備更新的成本。

3 結(jié)束語
    在實際應(yīng)用中由S7-200芯片系列的PLC、計算機控制軟、硬件所集成的計算機監(jiān)控系統(tǒng)能對生產(chǎn)過程進行自動監(jiān)控、信息管理．并且保證系統(tǒng)良好的開放性和可擴充性，能夠很好的保護用戶的投資，達到用戶的滿意。