基于s7-200plc的电缆隧道分布式监控系统

基于s7-200plc的电缆隧道分布式监控系统

1无线网络监控系统电缆隧道属于二级国家防火墙，是重要的电气管理部位。电缆隧道计算机监控采用分布式监控系统（distributedsupervisionsystem），系统由现场控制站和中央控制计算机构成。在电缆隧道内发生火灾的情况下，为确保控制系统不瘫痪，通信线路不能在电缆隧道内敷设。中央控制站与各现场站之间采用无线调制解调器链接，构成1个方圆3km范围的无线网络。分布式监控系统图如图1所示。现场站采用S7-200(1)系列的可编程序逻辑控制器PLC(ProgrammableLogicController），现场站负责隧道内环境温度、自动通风、集水坑水位的检测及自动排水、自动防火门的控制；中央控制计算机完成数据的维护管理及风机、水泵、自动防火门的远程手动操作。系统一方面通过实时监测和自动控制功能使隧道能够安全、正常地运行；另一方面，通过历史数据的积累和分析，为管理和决策提供科学依据。2系统功能设计2.1plc控制排水泵启动、停止集水坑的水位检测分低位、中位、高位三段。当液位上升使浮球接近上限位置时，浮球内的磁钢使上限触点闭合，PLC接收到此信号即由相应数字量输出DO(DigitquantityOutput）口闭合，启动水泵。反之，当液位下降而致使浮球接近下限位置时，浮球内的磁钢使下限触点动作，PLC则断开相应DO口，排水泵失电停止。集水坑实现以下控制功能：PLC自动控制排水泵的启动、停止；可以通过现场控制箱上的按钮手动启动、停止排水泵；在监控室可通过屏幕上的虚拟按钮远程手动启动、停止排水泵；监控室可实时查看各排水泵的运行状态。2.2风机的实时启动电缆隧道共布置了32个温度检测点，可实时监控电缆隧道内的温度，并且依据温度的变化实现对风机、防火门的自动控制和火灾闭锁。通风系统的控制兼有实时控制和定时控制2种功能，当隧道内某一区域温度值超过设定值时，现场控制站立即启动通风系统的相应风机，使该区域的温度降到正常值；当实时温度值下降至低于设定值3℃时，风机停止工作，这样就达到风机的实时自动控制。风机的定时启动功能，可以兼顾到环境温度较低时隧道内正常的通风需求。由于隧道内风机的电源线截面小、线路长，若同时启动将会引起过负荷，把风机启动时间依次错开运行，每台风机在通风2h后自动关闭。自动回路与闭锁回路串接，并可通过切换到手动或遥控状态而使风机退出自动状态。2.3．2.2现场控制站隧道内火灾报警信息可依据温度上限和温度变化率报警。现场控制站每隔1s采集1次温度值，如果采集到的任一温度检测点超过50℃，或温度检测点连续5s内温度值呈递增变化且变化率大于0.2℃/s时，就认为该温度检测点附近发生了火情。现场控制站程序立即执行闭锁指令，隧道内所有风机停止运行以避免火势蔓延；着火点所在区域的防火门自动关闭，使着火区域与外界隔绝空气流通，着火点逐步窒息。现场控制站同时向中央控制站发出报警信号，通知操作人员进行处理，直到人工解除为止。各温度点的报警绝对值、报警变化率均可在线修改。现场控制站可实现的控制方式有：a.现场控制箱上有启动、停止风机和防火门的手动按钮；b.监控室中央控制站计算机可手动遥控风机和防火门，并实时监控各风机、防火门的运行状态。自动防火门的控制流程如图2所示。2.4无线模式功能的实现数据传输系统是单点对多点通信系统，由1台连接中央控制计算机的基站和5台现场控制站终端组成。中央控制计算机通过基站以广播的方式向所有终端发送信息，现场控制站终端根据信息中所含有的指令进行相应的处理。系统内各现场控制站终端需要进行数据交换，都必须使终端的数据返回到基站上的中央控制计算机内进行处理。无线通信原理图见图3。通信系统是1个码分多址系统。系统给每个通信终端规定1个地址码。当系统需要了解某个终端的信息时，首先发出1段该终端的地址码，该终端接到相应的地址码以后，立即作出响应，并将有关信息传回中央控制计算机，完成1次信息交换。无线Modem的初始工作状态为接收状态。天线接收到的射频信号经放大、混频、检波后，送入到Modem，由Modem还原出发射端工作站所发出的数字信号。当需要进行发射时，数字信号先进入到Modem，由Modem产生相应的FSK信号，去调制发射双电压控振荡器VCO(VoltageControlledOscillator）并产生所需的射频信号，经射频功率放大后由天线发射出去。无线Modem采用了内置微控制器，该微控制器专用于设置工作频率，以减少对系统硬件资源的占用。无线Modem采用VCO分别产生用于接收和发射的射频信号，可以实现接收和发射之间的快速转换。此特点在数字量传输系统中显得特别重要。2.5滑动平均值法由于系统是依据环境温度变化判定火情，在系统投运初期，电缆隧道内排列着的几十条10kV电缆对环境的电磁干扰，特别是大功率负载随机变化所产生的阶跃信号，这些不规则的高次谐波干扰信号叠加在缓慢变化的温度信号上，使得现场控制站发出错误的控制处理信息。针对本系统温度快速检测的特点，对测量信号的滤波进行了滑动平均值法的软件处理。滑动平均值法采用队列作为测量数据存储器，队列长度固定为8，每进行1次新的测量，把测量结果放于队尾，而去掉原来队首的1个数据，这样在队列中始终有8个最新数据。计算平均值时，只要把队列中8个数据进行算术平均就可以了。这样既保证了温度的实时性，又避免由于干扰而造成突变。系统在软件中设定了检测判别时段，若阶跃信号在判别时段内消失，系统认为它