自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)中GPRS技術(shù)和PLC的運(yùn)用

吳笑淵（浦江水務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江浦江，322200）

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自來水廠監(jiān)控系統(tǒng)中GPRS技術(shù)和PLC的運(yùn)用

吳笑淵
（浦江水務(wù)集團(tuán)有限公司，浙江浦江，322200）

摘要：水是生命之源，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人們對(duì)水需求量的增大，自來水廠應(yīng)該逐漸改進(jìn)著供水系統(tǒng)的運(yùn)行模式，在監(jiān)控系統(tǒng)中引進(jìn)GPRS和PLC技術(shù)，不僅能使供水體系更完善，還能進(jìn)一步提高其智能監(jiān)管的程度。

關(guān)鍵詞：自來水廠；監(jiān)控系統(tǒng)；GPRS；PLC

1 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)控制特點(diǎn)和控制要求。監(jiān)控系統(tǒng)一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是所需監(jiān)管的設(shè)備總量大，分布廣，造成的后果就是數(shù)據(jù)傳輸相對(duì)分散，傳輸總量相對(duì)較大，這就要求數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)具備一定的安全可靠性。監(jiān)管控制系統(tǒng)要求同一管理供水和引水體系，這樣才能保證整個(gè)的供水體系高效運(yùn)作，整個(gè)供水過程應(yīng)保證水廠蓄水池水位的穩(wěn)定，這樣才能保證城區(qū)供水的穩(wěn)定。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的組網(wǎng)原則主要按照“無人值班，少人值守”開展，并根據(jù)供水設(shè)備的分布情況及對(duì)供水設(shè)備的控制要求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。供水系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成主要基于PLC控制核心，應(yīng)用GPRS無線通信技術(shù)，采用分層式計(jì)算機(jī)對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，整個(gè)的監(jiān)管體系綜合了計(jì)算機(jī)核心控制、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程采集自動(dòng)化存儲(chǔ)處理以及網(wǎng)絡(luò)通信等多方面技術(shù)，為了實(shí)現(xiàn)自來水廠的智能化、現(xiàn)代化的監(jiān)管模式。

如圖1 所示為控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的例子。系統(tǒng)按區(qū)域主要分為兩部

分：內(nèi)部廠區(qū)和外部廠區(qū)。一個(gè)PLC S7-200工作站被置于廠區(qū)內(nèi)部，分別通過WDS2710對(duì)數(shù)據(jù)其進(jìn)行收集。通過兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，上層部分為通過以太網(wǎng)將其與上位機(jī)進(jìn)行連接，下層主要連有232/485轉(zhuǎn)換模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。廠區(qū)外部主要由若干個(gè)水源井泵站組成，其控制單元主要由PLC S7-200工作站組成并采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，下層也是通過232/485轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)總線與水源井所需的智能儀表直接相連，上層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在廠區(qū)內(nèi)原有兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了GPRS網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)與水源井間長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸。

2 監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)于硬件設(shè)計(jì)

2.1 PLC控制單元。我們這里的主控器主要選擇西門子公司生產(chǎn)的S7200系列的PLC，整個(gè)過程的核心控制單元選用CPU226。CPU226同時(shí)具備24輸入、16輸入合計(jì)40個(gè)數(shù)字量I/0點(diǎn)，具有高達(dá)30kHz的高速計(jì)算器6個(gè)，同時(shí)可以2路同時(shí)進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的20kHz的高速脈沖輸出，同時(shí)主控器還包括了微分、積分、比例控制器。控制系統(tǒng)具備的兩個(gè)RS485通信-編程口具有三種通信模式：MPI通信協(xié)議、PPI通信協(xié)議以及自由方式通信。其中一個(gè)接口接通信模塊SINAUTMD720-3，另一個(gè)接口連接水位和閘門位置安裝的傳感器。

圖1　控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.2 人機(jī)界面操作站。調(diào)控閘門位置的操作站選用的主計(jì)算機(jī)是研華IPC-610/P4/2.0G/256M/80G型號(hào)控制機(jī)，附件配有打印機(jī)、USB電源及一臺(tái)液晶顯示器，操做站上安裝的STMACTICWinCC軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門狀態(tài)的視頻和數(shù)值控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)閘門的調(diào)節(jié)。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)還配有通過PROFIBUS-DP總線與EM277相連的SIMATICTP270 型觸摸屏。

2.3 通信監(jiān)控設(shè)備。系統(tǒng)所采用的GPRS無線數(shù)據(jù)通訊模塊SINAUTMD720 -3是S7-200系列PLC專用模塊，這匯總模塊的組成主要包括天線、GPRS通信管理軟件以及GPRS調(diào)制解調(diào)器，通過這三個(gè)主要部分的連接實(shí)現(xiàn)PLC與GPRS的無線連接。這種通信模塊的主要具備了以下幾項(xiàng)功能：鑒于SINAUTMICROSC所具備的路由器功能，實(shí)現(xiàn)了與其它調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)交換功能；GSM服務(wù)的存在實(shí)現(xiàn)了SMS和傳真消息的發(fā)布；基于IP的設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)可以直接與互聯(lián)網(wǎng)建立連接；通過AT命令可以對(duì)CSD 和GPRS進(jìn)行連接；還可以對(duì)S7-200的數(shù)據(jù)訪問起到一定的保護(hù)作用。網(wǎng)景達(dá)GatePlusVGW2000成為監(jiān)控系統(tǒng)的首選，因?yàn)樵摽罘阑饓哂休^多的交換機(jī)連接口而且具備帶寬綁定功能，除此之外超強(qiáng)的上網(wǎng)管理功能也是我們選擇它的原因。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與傳輸涉及以下幾個(gè)方面：（1）現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和處理，采集和處理工作主要由S7-200完成（2）數(shù)據(jù)的傳輸，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS模塊，由S7-200傳輸?shù)紾PRS網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上（3）之后數(shù)據(jù)經(jīng)ADSLModem信號(hào)解調(diào)、路由端VPN解碼得以穿越防火墻被傳輸?shù)街付ǖ臄?shù)據(jù)中心服務(wù)器進(jìn)行分類和匯總處理（與此同時(shí)伴隨著數(shù)據(jù)中心與PLC工作站間的指令傳輸）。

3 監(jiān)控體系網(wǎng)絡(luò)組態(tài)

S7-200PLC對(duì)水源井及水泵數(shù)據(jù)的采集和控制主要是通過下載到控制器中STEP7-MICRO/WIN32V4.0軟件來完成的。STEP7 5.4編程工具可以將采集的數(shù)據(jù)的管理、編程乃至通信集中到一個(gè)共同的環(huán)境下完成，其全集成自動(dòng)化的特點(diǎn)使得成為S7－300PLC 的網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和硬件配置及編程的首要控制單元。I/0控制器，只需要對(duì)TCP/IP程序交換的專用模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)出功能模塊FB63和FB64，便可實(shí)現(xiàn)PN-I/0控制器間的數(shù)據(jù)傳輸和通信。

4 結(jié)束語

通過先進(jìn)的GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)自來水廠對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)用穩(wěn)定、便捷、安全的PLC硬件對(duì)水處理的各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，GPRS與PLC技術(shù)的結(jié)合使得自來水廠的供給能力得到很大程度提高，同時(shí)自動(dòng)化程度的提高進(jìn)一步改善了自來水廠工作人員的工作環(huán)境，提高了自來水廠向市區(qū)供水的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]賴源平，劉振汗，梁聯(lián)堅(jiān)．南洲水廠自動(dòng)化綜合監(jiān)控系統(tǒng)[J]．中國給水排水，2006，22（20）：61－65．

[2]劉立康,孫龍杰.移動(dòng)通信技術(shù)與終端[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011.

圖2　網(wǎng)絡(luò)組態(tài)示意圖

圖2　為網(wǎng)路組態(tài)圖。從圖中可以看出加藥間在與泵池通過PLC進(jìn)行相互操作和通信時(shí)，采用的是無需添加任何硬件便可通過PLC集成的PN口進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)通信的DX通信方式，這種方式源自PROFINet結(jié)構(gòu)。作為PROFINet結(jié)構(gòu)下兩個(gè)完全相同的PN-

Application of GPRS technology and PLC in monitoring system of water supply plant

Wu Xiaoyuan

（Pujiang Water Group Co., Ltd.Zhejiang Pujiang，322200）

Abstract：Water is the source of life,With the development of economy and people's demand for water increases,Waterworks should gradually improve the water supply system operation mode,Introduction of GPRS and PLC technology in the monitoring and control system,not only can make the water supply system more perfect,also can further improve the degree of intelligent regulation.

Keywords：Waterworks;Monitor and control system;GPRS; PLC