基于plc的无线视听控制与数据采集系统

基于plc的无线视听控制与数据采集系统

水是生产和生活中不可或缺的重要资源。社会对供水质量和安全的要求也在不断提高。为了保证对供水的调度和指挥，就需要一个由调度指挥中心、现场测控分站、管网测压点等组成的全面实时的监控系统。在城市供水调度监控系统中，由于各分厂、取水泵房、管网加压站及测压点具有分布范围广、数量多、距离远、个别地点地处偏僻等特点，造成部分监控点因施工不便或投入成本高而未能纳入监控系统，致使供水质量与供水安全下降。利用无线数传电台实现集中监控则显得非常灵活，相对于架设专用电缆、租用电信专线等，具有造价低廉、施工快捷、运行可靠、维护简单等优点，性价比较高。1配水管网及控制某供水公司现有供水管线60km，其中输水管线10km，配水管网50km，供水能力为100kt/d。该公司有调度中心综合楼1座、取水泵房2座、水处理厂2座，配水管网设有2个加压站、3个管网测压点。各分厂、取水泵房、管网加压站及测压点分散、量多、距离远、个别地点地处偏僻，在未进行改造前，调度中心通过电话协调各部门供水，由于实时性差，人力成本高，供水的质量与安全性得不到保证。为实现调度中心对各供水系统远程监控、集中管理，故对原监控系统设计进行了修改。2设计方案2.1系统设计原则在系统的设计和实施过程中，始终贯彻以下几项基本设计原则:1)先进性。系统应用无线数传电台所构成的RSCADA系统，针对该项目点多而分散、地理环境复杂的条件，通过无线数传电台与PLC实现各管网监控点网络互联，整个公司统一在调度中心监控室、利用计算机监控平台对各配水管网实现远程监控、集中管理。同时，现场控制采用工业现场总线(ModbusPlus)将控制分站与各现场控制站PLC实现网络互联。2)可靠性。本系统的设计选择高品质的无线数传电台及PLC产品，严格规范的施工安装，使系统具有较高的可靠性。3)可行性。以现有成熟的系统和产品为对象，同时考虑到周边通信环境的现状和技术发展的趋势，并兼顾主管部门的管理要求，使设计的方案切实可行。4)经济性。通过无线数传电台传输，替代了光纤和专线，降低了网络建设成本。5)安全性。在设计中，本系统操作、管理采用多级密码使用权限，系统利用产品软、硬件及数据库提供的各种控制措施保证了供水安全。6)扩展性。系统设计中充分考虑今后技术的发展和使用的需要，具有更新、扩充和升级的功能。7)可维护性。系统开通后，维护工作将是一个长期的工作。本设计充分考虑维护工作的需求，通过控制分站和调度中心中控室计算机监控画面显示故障点及故障报警，从而达到保证运行可靠的目的。2.2通讯监控系统公司供水监控系统主要由通信系统、监控中心、现场控制系统、电器设备及仪表四部分组成。通信系统由现场总线与无线通讯系统组成。调度中心以无线通讯为主，中心中控室设在第一水厂综合大楼，中控室安装功率较大的无线数传电台为主站，在大楼顶层架设全向天线，第二水厂、2座取水泵房、2个加压站、3个管网测压点共用8个无线数传电台从站组成点对多点的无线通讯系统。该系统采用无线电管理委员会给定的通讯频率，以一点对多点的方式实现主从站间的通讯。水厂控制采用工业现场总线(ModbusPlus)将控制分站与站内各现场控制站PLC实现网络互联。通讯系统结构如图1所示。监控中心由计算机、ifix监控软件、无线数传电台组成。应用ifix监控软件设计的可视化画面，完成现场终端数据的实时采集、监测、控制、数据存储、打印报表、数据查询等功能。现场控制系统其核心为PLC，整个自控系统主要是通过控制层的PLC完成被控电气设备及检测仪表的开关信号、模拟信号采集，通过内部逻辑运算结果对各种设备进行控制、调节。最终通过通讯网络由监控计算机实现监控，达到对整个供水工艺、调度的监视、记录、报警、连锁、控制及调节的作用。电器设备及仪表是PLC监控现场的终端设备，现场所有信号都需经过传感器及仪表的转换，按照一定要求输出标准信号或规定通讯格式被PLC所接受。控制系统依据设备的电压、电流、液位、压力、流量等参数经PLC内部逻辑运算后对其进行控制、调节。3设备主要性能和应用3.1数字传输台3.1.1无线数据传输设备无线数传电台是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的无线数据传输设备。无线数传电台作为一种通讯媒介，与光纤、微波、明线相比，它能实现某些特殊条件下专网监控信号的实时数据传输，具有成本低、安装维护方便、绕射能力强、组网结构灵活、覆盖范围大小可选等优点，适合于点多而分散、地理环境复杂等场合。3.1.2收、发信道产生一机两用，既可作数传台使用，也可完成语音的半双工通信。存贮16个收、发信道，用户可根据情况配置使用或由程序控制使用。标准RS-232接口，可与任何具有RS-232接口的设备连接。具有多种通讯协议，包容性强。3.1.3无线数传代表天线的选择完成工程组网是一个较复杂的系统工程，点对多点，多级管理，动态信道分配等都需要系统编程软件来支持和控制，在工程组网和编程中应注意的几点：1)组网方式有多种形式，在该系统中选用点对多点组网方式。在对电台进行软件设置时，使用选址模式进行数据传输，选址模式是电台利用地址码来决定一帧数据有效与否的数据取舍模式，该模式以帧的方式进行数据传输，每帧数据都有地址码，电台通过地址码的比较，决定是否将接收的数据传送给终端，由于该模式具有一定的协议和规程，对用户来讲可减轻应用程序开发负担，缩短开发周期，特别适合点对多点的通信方式。2)无线通讯系统在实施前应向当地无线电通讯管理部门申请无线数传电台使用的通讯频点，随便设置频点会受到相关管理部门的处罚或其它单位也使用该频点而造成的通讯干扰。无线数传电台频点确认后还需测试各监控点信号强弱，以便确认各监控点最佳天线位置及高度。3)无线数传电台可工作于单信道、多信道方式。单信道运用于简单组网或点对点通信，网内所有无线数传电台的工作信道号和频率设置为相同。多信道运用于较复杂的组网方式和用户较多、数据传输量大的通讯，以该方式工作时，应先确定信道频点，分配信道资源。建议一般情况下，分配的信道数不要多于4个。若使用了4个固定信道，则需要在中心站架设4个无线数传电台。多信道分配方式虽然需要的中心站电台数量较多，但应用开发相对简单，系统可靠性和使用效率较高。4)通信距离这一技术指标作为衡量无线数传电台通信系统优劣的数据之一，它受到诸如接收灵敏度、发射功率、天线类型、收发天线的架设高度及传播路径地质地貌的状况等多种因素的制约，因而不应将其作为衡量一个无线数传系统技术水平高低的唯一数据。无线传输属于视距传输。在理想情况下其传输的极限距离可用下式表示：5)天线安装地点由于地形和环境的影响，天线接收到的电磁波是直射波、反射波及散射波的叠加，其结果决定了接收点处的场强幅度和相位，并直接影响天线的应用效果和安全。因此，选择天线架设位置应注意以下几个方面:（1）天线的发射或接收方向应避开障碍物(楼房、铁塔、桥梁等);（2）天线架设地点应尽量远离干扰源(高压线、航线、铁塔、公路等);（3）天线应尽量架设在附近的制高点；（4）为了安全，天线必须安装避雷针，天线与电台联接处要安装专用避雷器，避雷针与避雷器都需可靠接地。3.2昆仑算珠计算机控制和ifix监视器3.2.1大规模控制系统本项目PLC系统选用法国施耐德电气产品TSXPremium、Micro、Neza系列控制器。TSXPremium系统具有模块化结构且配置灵活，能满足中规模到大规模控制系统的高性能需求。IntellutioniFIX是世界领先的工业自动化监控软件，为工厂层操作提供工艺过程可视化、数据采集和上位控制功能。IFIX功能强大且安全可靠，能对生产过程各个方面以及生产设备和资源实施精确的监视和控制，能实现监控数据处理、计算和储存。iFIX软件具有全开放式系统结构和全世界最完整的I/O驱动软件库，使其能够与几乎所有世界著名生产厂家生产的PLC或其它智能设备实现通讯。3.2.2监控站—监控原则及功能在本工程中，控制系统选用法国施耐德PLC系列产品，监控软件选用Intellution公司iFIXHMI/SCADA系列产品。监控系统的设计按照“集中监控、分散控制”原则，由三级组成控制管理:第1级为就地控制，包括施耐德Magelis系列工业触摸屏或就地启动停止按钮、手动转换开关，信号灯等。这些装置可用于滤池格栅、泵、风机或电动阀等的就地操作。第2级为现场控制分站，由2套分布在第一、第二水厂工艺流程中、基于法国施耐德电气产品TSXPremium系列PLC的监控分站和相关在线检测仪表以及检测、执行设备组成。生产操作人员可通过监控分站计算机应用iFIX监控软件对生产流程进行集中监控、管理，可实现车间现场无人值守。第3级为公司调度中心中央监控室，调度中心监控室通过无线数传电台与工业现场总线与全公司实现供水管网信息互联，整个公司统一在调度中心中控室，利用计算机监控平台对各配水管网实现远程监控、集中管理。在操作上应用iFIX监控软件设计的可视化画面，在调度中心中控室和监控分站完成现场终端数据的实时采集、监测、控制、实时报警、数据存储、打印报表、数据查询等功能。4收发信天线高度本系统在该公司已稳定运行多年，运行结果表明利用