基于現(xiàn)場總線的分布式閘門監(jiān)控系統(tǒng)

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站基于現(xiàn)場總線的分布式閘門監(jiān)控系統(tǒng)歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘要：介紹了結(jié)合工程實際需要而研制的一種基于現(xiàn)場總線的分布式閘門監(jiān)控系統(tǒng)，內(nèi)容包括：監(jiān)控系統(tǒng)的組成、各部分功能設(shè)計、可編程控制器（PLC）程序設(shè)計及閘門監(jiān)控中心軟件設(shè)計等。    關(guān)鍵詞：水利自動化系統(tǒng) 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 現(xiàn)場總線 PLC近年來，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代過程控制系統(tǒng)已從集散控制系統(tǒng)（DCS）向現(xiàn)場控制系統(tǒng)（FCS）發(fā)展?，F(xiàn)場

2、總線技術(shù)使單個分散的現(xiàn)場設(shè)備通過總線連接成可以相互溝通信息、共同完成任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，形成控制功能徹底下放到現(xiàn)場的全分布網(wǎng)絡(luò)集成式新型控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了開放式的通信解決方案，使控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨于智能化、分布化，也使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為扁平化、集成化，順應(yīng)了技術(shù)發(fā)展的主流方向。水利樞紐閘門監(jiān)控系統(tǒng)實際上是一個集散控制系統(tǒng)。由于樞紐現(xiàn)場環(huán)境十分惡劣。如采用傳統(tǒng)的420mA模擬信號與現(xiàn)地設(shè)備通信，雷電、噪聲等干擾信號將不可避免地影響到模擬信號傳輸?shù)馁|(zhì)量；而現(xiàn)場總線系統(tǒng)的現(xiàn)地設(shè)備采用的傳感器和二次儀表，具有A/D轉(zhuǎn)換、輸入輸出等功能，可將現(xiàn)地采集的信息直接以數(shù)字量形式輸出，而數(shù)字信號具有很強的抗干擾

3、能力，因此大大提高了系統(tǒng)的可靠性和準確性。并且可以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、節(jié)約硬件設(shè)備、節(jié)約連接電纜，也減少了工程造價與維護費用。本文介紹的閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用了現(xiàn)場總線與DCS網(wǎng)絡(luò)集成的方法對多個閘門進行遠方監(jiān)控、集中監(jiān)控與現(xiàn)地監(jiān)控。1 閘門監(jiān)控系統(tǒng)的組成及功能閘門監(jiān)迭系統(tǒng)采用分層分布開放式結(jié)構(gòu)，即由閘門監(jiān)控中心（遠方）、集中監(jiān)控單元和現(xiàn)地監(jiān)控單元（現(xiàn)地控制屏）組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。1.1 閘門監(jiān)控中心（2）實時更新CRT顯示的工況畫面的參數(shù)；實時顯示和閘門相關(guān)的事件；有故障時，系統(tǒng)通過電鈴、語音、畫面顯示報警，給出事故處理指示。（3）操作員可通過鍵盤和鼠標對閘門進行遠方控制，即：閘門起閉控制；閘

4、門預(yù)置開度設(shè)定。（4）系統(tǒng)生成的運行日志、放水流量曲線、操作記錄、運行狀態(tài)等各種報表均可通過CRT顯示或打印出來。1.2 集中監(jiān)控單元集中監(jiān)控單元采用集散控制方式，通過與閘門監(jiān)控中心進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信接受控制指令，對現(xiàn)地控制單元發(fā)出起閉信號；并通過安裝在現(xiàn)地的閘門開度儀接受閘門再地信息，向閘門監(jiān)控中心反饋現(xiàn)地運行工況、故障信號等信息。集中監(jiān)控單元采用德國SIEMENS公司的S7系列可編程控制器（PLC）。該可編程控制器具有體積小、高速、模塊化、可靠性高、抗干擾能力強等特點，開關(guān)量24路輸入，16路輸出，串口的物理層是RS485接口標準。因系統(tǒng)控制每個閘門需要8入3出開關(guān)量，因此我們采用一個PLC

5、外接5個輸入模塊和1個輸出模塊來控制7個閘門。PLC開關(guān)量輸入為：閘門的升、降、全開、全關(guān)狀態(tài)；電源狀態(tài)；過熱；過載等。開關(guān)量輸出為閘門的升、降、停等。整個系統(tǒng)采用4個PLC組成總線型分布式控制系統(tǒng)，控制25個閘門，以主從方式工作。主PLC設(shè)計為1個，從PLC設(shè)計為3個，主從PLC之間通過屏蔽雙絞線相連。主PLC控制4個閘門，與閘門監(jiān)控中心之間通過RS485/232轉(zhuǎn)換器相連。1.3 現(xiàn)地監(jiān)控單元閘門監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地監(jiān)控單元的設(shè)備有閘門開度傳感器、水位傳感器、閘門啟閉機電氣控制屏、現(xiàn)地閘門開度儀、水位儀等?，F(xiàn)地監(jiān)控單元采用現(xiàn)場總線技術(shù)，將微處理器置入傳統(tǒng)的測量控制儀表，使其具有數(shù)字計算和數(shù)字通信

6、能力，采用5芯屏蔽雙絞線作為總線，將多個智能測控設(shè)備（即閘門開度儀、水位儀）連接在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，按規(guī)范的通信協(xié)議，在位于現(xiàn)場的智能儀表之間以及現(xiàn)場儀表與集中監(jiān)控單元之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，在現(xiàn)場形成全分布式自動控制系統(tǒng)。閘門監(jiān)控系統(tǒng)可在現(xiàn)地通過閘門開度儀或水位儀完成預(yù)置閘門開度、報警、計算并顯示閘門實際開度或上、下游水位高度等功能；直接通過現(xiàn)地控制屏上的控制按鈕進行閘門起閉操作。2 閘門監(jiān)控中心應(yīng)用軟件設(shè)計閘門監(jiān)控中心計算機采用中文Windows98操作系統(tǒng)，Borland Delphi5為界面和數(shù)據(jù)庫的編程工具，采用多線程編程方式。應(yīng)用軟件設(shè)計功能框圖見圖2。閘門監(jiān)控中心計算機向PLC發(fā)發(fā)的

7、信息有巡檢、數(shù)據(jù)（預(yù)置值和上、下限）、命令、檢錯等。集中監(jiān)控單元由4個PLC分別控制多個閘門，采用串行通信方式，發(fā)送的數(shù)據(jù)格式見表1。表1 發(fā)送數(shù)據(jù)格式起始符類型符PLC號閘門號信息標識符PLC號閘門號信息類型符結(jié)束符PLC接收到數(shù)據(jù)幀后執(zhí)行數(shù)據(jù)接收子程序，對標識符前后的字符作出對照，校驗無誤后作出應(yīng)答，并根據(jù)功能符進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。應(yīng)答的數(shù)據(jù)格式見表2。表2 應(yīng)答數(shù)據(jù)格式起始符類型符計算機符閘門號功能符標識符PLC號計算機符閘門號功能符類型符結(jié)束符由于PLC將閘門的狀態(tài)、故障、開度等信息在巡檢應(yīng)答中給出，因此巡檢應(yīng)答數(shù)據(jù)格式與表2不同，應(yīng)當分別處理。數(shù)據(jù)格式如表3所示。表3 巡檢應(yīng)答數(shù)據(jù)格

8、式起始符類型符計算機符PLC號17號閘門升/降/停、集中/現(xiàn)地、故障狀態(tài)19號閘門開度校驗和結(jié)束符3 PLC程序設(shè)計下面介紹PLC與閘門監(jiān)控中心計算機串口通信程序。PLC采用西門子的STEP7軟件編程。首先要對PLC串口進行波特率、數(shù)據(jù)位等初始化設(shè)置。“主PLC”與閘門監(jiān)控中心計算機以自由口方式通訊，“主PLC”與“從PLC”間以點對點方式通信。當主/從PLC的串口接收到數(shù)據(jù)時，進入接收中斷子程序，首先判斷是否是發(fā)給本PLC，然后執(zhí)行。當“主PLC讀到閘門監(jiān)控中心計算機的數(shù)據(jù)是發(fā)給自己時，就進行數(shù)據(jù)處理，并發(fā)送應(yīng)答信息給閘門監(jiān)控中心計算機；當讀到的數(shù)據(jù)是發(fā)給“從PLC”時，就通過網(wǎng)絡(luò)讀寫指令（WNTR、NETW）發(fā)送給“從PLC”?！皬腜LC”接收到數(shù)據(jù)后就將后連接的閘門的開度和升、降、停及故障狀態(tài)發(fā)送給“主PLC”，由它發(fā)送給閘門監(jiān)控中心計算機?，F(xiàn)場總線技術(shù)已對傳統(tǒng)的DCS形成了強大的沖擊，在未來的控制領(lǐng)域發(fā)展中，現(xiàn)場總線及其FCS系