基于PLC的水位測控裝置

　　根據(jù)現(xiàn)場實際需求，編碼器選用現(xiàn)場總線型輸出的多圈絕對值編碼器。

　　絕對值編碼器由機械位置確定編碼，每個編碼唯一不重復(fù)，它不受停電、干擾的影響，無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取，這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。多圈絕對值編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富余較多，這樣在安裝調(diào)試時不必費勁找零點，將在測量范圍內(nèi)的某一中間位置作為起始點就可以了，從而大大簡化了安裝調(diào)試難度。

　　編碼器信號輸出主要有并行格雷碼輸出、串行ssi輸出、總線型輸出、模擬量4~20ma輸出。并行格雷碼和模擬量輸出信號讀取簡單但不適合長距離傳輸，串行ssi輸出大部分是與西門子plc的ssi模塊配套成本較高。現(xiàn)場總線型編碼器用通訊方式傳輸信號，信號遵循rs485的物理格式，連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性就提高了。信號的接收設(shè)備只需一個接口，就可以讀多個編碼器信號，多個編碼器集中控制的情況下可以大大節(jié)省成本。

　　3.3 水位測控裝置plc

　　plc選用m340模塊化plc，它是施耐德公司生產(chǎn)的性能價格比很高的可編程控制器，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。cpu模塊選用高性能、大內(nèi)存的bmx p34 2020，帶一個100m以太網(wǎng)、一個485串行口;輸入、輸出模塊可根據(jù)現(xiàn)場實際需求靈活配置。

　　4 軟件設(shè)計

　　4.1 編程步驟

　　plc的硬件配置、控制程序采用施奈德的編程軟件包unity pro完成，pc通過網(wǎng)絡(luò)或usb與m340 plc進行程序傳送。首先進行plc硬件組態(tài)，含底版、電源、cpu、輸入輸出模塊等。通過電源模塊屬性可查看電源使用情況，應(yīng)保留一定余量，否則需更換容量更大的電源模塊;在cpu模塊的serialport口配置串行鏈路參數(shù)如：485 modbus主站、波特率9600、幀延時4ms、數(shù)據(jù)位8位、停止位1位、偶校驗;創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)鏈路ethernet1并配置ip地址等網(wǎng)絡(luò)通信參數(shù)，將cpu模塊的ethernet口鏈接到網(wǎng)絡(luò)鏈路ethernet1;根據(jù)現(xiàn)場模擬量信號要求配置模擬量輸出模塊參數(shù);定義相關(guān)變量等。

　　4.2 plc程序設(shè)計

　　(1)程序結(jié)構(gòu)。程序采用模塊化設(shè)計，具有較高可讀性、可維護性其程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 程序結(jié)構(gòu)圖

　　(2)程序注釋。PLC上電首次掃描執(zhí)行初始化init()子程序，初始化通信參數(shù)，上、下游海拔預(yù)置值，各個傳感器調(diào)零值，攔污柵壓差整定值等。

　　傳感器通信comm()子程序，分時讀取傳感器水位值，通信故障時水位保持原值。

　　計算calc()子程序，計算出上、下游，攔污柵后的實際海拔值，攔污柵壓差、各機組有效水頭等。

　　信號輸出out()子程序，攔污柵壓差過大報警、通信故障報警、裝置故障報警、4～20ma模擬量輸出等。

　　數(shù)據(jù)上送sent()子程序，根據(jù)監(jiān)控上位機通信規(guī)約，組織上送數(shù)據(jù)信文，含各實際海拔值、有效水頭、詳細故障信息、攔污柵壓差報警定值等。

4.3 水位信號讀取

　　m340 plc和編碼器串行rs485通信采用modbus rtu通信規(guī)約，這個通訊協(xié)議已廣泛被國內(nèi)外各行業(yè)作為系統(tǒng)集成的一種通用工業(yè)標準協(xié)議，有利于系統(tǒng)的維護和擴展。plc為主站，編碼器為從站。

　　查編碼器技術(shù)手冊，水位測值的modbus地址是4x0000，根據(jù)modbus通信規(guī)約信息幀結(jié)構(gòu)讀取地址 1 傳感器的水位測量值，應(yīng)發(fā)送以下通信碼：m340 plc讀取水位信息主要用read_var功能模塊：

　　表1 交換管理表

　　圖4 read_var功能模塊

　　圖4中read_var功能模塊實現(xiàn)將地址1傳感器水位值送入%mw1，交換管理表置于%mw400：4，%mw401==0，說明通信成功，非零值記錄故障代碼。通信過程需占用一定時間，保證通信可靠，防止通信阻塞，4個傳感器通信分時進行，用上升沿觸發(fā)。讀取交換管理表確認通信是否成功，通信失敗應(yīng)將故障代碼上送上位機并報警，將水位值保持為上一次正確通信時讀取的值。

　　4.4 上位機監(jiān)控軟件設(shè)計

　　上位機系統(tǒng)與plc之間通過以太網(wǎng)連接，水東電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞集團公司的nc2000系統(tǒng)。nari nc2000計算機監(jiān)控系統(tǒng)是南瑞集團面向水利水電領(lǐng)域的新一代計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件[2]。nc2000具有良好的人機界面和網(wǎng)絡(luò)功能，與施耐德plc網(wǎng)絡(luò)通信采用tcp/ip modbus規(guī)約。在組態(tài)環(huán)境下，設(shè)計人員對plc進行驅(qū)動配置，運行環(huán)境以圖形畫面形式的人機界面監(jiān)控水位信息、故障報警，對有關(guān)數(shù)據(jù)存儲歷史庫，生成報表，同時利用web功能使系統(tǒng)具有在線監(jiān)控功能，即在授權(quán)的情況下在任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上用標準的瀏覽器可遠程監(jiān)控。限于篇幅，上位機程序不再詳述。

　　5 結(jié)束語

　　系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)合理，采用多圈絕對值編碼器采集水位，以可編程控制器為控制核心，提高了系統(tǒng)的自動化程度，保證了系統(tǒng)運行的可靠性;硬件、軟件模塊化設(shè)計具有良好的擴展性和靈活性，可根據(jù)現(xiàn)場實際需求更改系統(tǒng)的配置規(guī)模。該系統(tǒng)在福建水東電站現(xiàn)場運行表明工作穩(wěn)定，在監(jiān)視報警、綜合計算、信號輸出等各方面滿足電站的運行要求，取得了很好的效果，有較高的推廣價值。