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2 0 1 3年第 5期 总 1 9 3期 安徽建筑 ■●■一 -_ 一 I - _ 一 ●- 一I ● ■一 水 、 电 、 暖 通 技 术 与 应 用 安 徽 建 筑 冒 基于 G I S平台的 P L C 组态 系 统在供水 系 统中的应用 PL C Co n f i g u r a t i o n Sy s t e m i n t h e Ap p l i c a t i o n o f t h e F i e l d o f W a t e r Su p p l y o n t h e Ba s i s o f GI S 万 勇 安 庆 供 水 集 团 公司， 安 徽 安 庆 2 4 6 0 0 1 摘要 基于G I S 平台开发 P L C组态系统． 将 P L C系 统与G I S系 统融 为一体 ， 采用直接通信和统一管理控制 ， 利用短信平 台直接监控 P L C运 行， 实现分级故障报警和电话强制报警。该系统的应用有效地提高供 水行业的 自动化管理和应用水平 ， 显著地 降低 生产成本。 关键 词 G I S 平台； P L C组态； 直接通信； 强制报警 中图分类号 T U9 9 1 ． 3 3 文献标识码 8 文章编号 1 0 0 7 - 7 3 5 9 2 0 1 3 0 5 - - 0 1 6 8 0 2 1 系统简介 基于 G I S平台的 P L C组态系统， 将供水各个环节的自动化 控制系统与供水 G I S系统完全溶合为一体 ，做到全网统一监 控、 统一管理、 统一调度， 采用直接通信， 支持所有的公开和不 公开的通信协议，高效快速；利用短信平台直接监控 P L C 运 行， 实现分级故障报警和电话强制报警。从而极大地提高供水 行业的自动化管理和应用水平， 显著地降低生产成本。 本系统应用领域为供水行业 ，可以推广到其他行业应用， 如供电、 煤气、 电信、 有线电视、 市政等。 2 背景技术 供水企业的自动化控制在生产运行管理过程和设备地理 信息管理中有极其重要的作用， 无论是地下管网、 水厂 、 加压 站， 还是的动态的采集数据， 都会采用 自动化控制系统。 传统的 组态系统使用私有的简单组态脚本， 需要安装特殊的运行环境 和购买安装专业的授权软件， 由于传统的控制系统通信须使用 中间程序和动态库， 造成系统难以与非 P L C站通信， 且连接的 上位机节点数量有限。同时， 传统的组态系统不支持手机短信 控制， 不支持电话强制报警。 3 本系统的技术创新和优势 3 ． 1从内核到应用全部自主知识产权的源码级开发 不仅具有完全的知识产权 ， 而且系统运行速度快 ， 实际应 用进行深度开发。 3 ． 2基 于 Gl S平台 基于完全 自主知识产权的G I S平台开发 ， 充分发挥 G I S系 统的强大优势，并利用 G I S系统的大量丰富动态数据资源， 使 得 P L C组态系统更具体用价值。 3 ． 3采用直接通信方法 收稿 日期 2 0 1 3 0 7 1 2 作者简 介 万勇 1 9 7 6 一 ， 男， 安徽 宿松人 ， 学士 ， 工程师。 图 1 系统组成图 说明一光缆 口 操作员面板 口R nl 无线数据传输 图 1 P L C站配置图 系统不使用任何中间程序和动态库，采用直接通信方法， 支持所有的公开和不公开的通信协议， 高效快速。 3 ． 4网络节点无限制 由于采用了直接通信方式， 使得 P L C组态功能随 G I S系统 应用于整个网络， 实现节点数量无任何限制。 3 ． 5参与控制的短信平台 通过短信平台， 可读写 P L C中所有变量， 即可查询 P L C所 有的运行状态 ， 并可以控制 P L C所有运行参数 。 3 ． 6开放式开发和运行环境 支持所有的 w i n d o w s 平台，采用标准的 S Q L语言组态脚 本， 开发语言为 C ／ S 、 c ／ C 、 B ／ S 、 J a v a ， WE B服务 L i n u x A s 4 ．0 T o mc a t 5 ． 5 ． 1 2 ， 基于以太网、 P r o fi b u s 等专有和公开协议。 4 实施方 案 G I S一个最重要的特点就是将 G I S中的静态数据与从外 部设备仪表采集的动态数据完全溶合在一起 ， 在统一的平台中 对所有数据进行显示和管理。 不仅如此， 系统还可以进行 P L C上位机组态， 可以对 P I C 设备中内存进行读写操作 ，从而可以实时监控和操作 P L C系 统。 动态数据和P L C组态的实现对系统进行大型的系统管理， 尤其是需要集中和分布控制的应用具有重要的意义。 安徽建筑 2 0 1 3年第 5期 总 1 9 3期 动态数据是经传感器或智能设备从现场设备中获取 ， 并经 传输设备传送到系统中。 而控制操作是系统向外部设备发送控 制指令。 外部设备非常丰富， 可以是压力传感器 、 流量计、 控制设 备、 P L C等， 无论哪一种设备仪表， 只要具有输入输出接口就可 以与 G I S系统进行通信。 系统与外部通信都需要通信协议， 系统在不需要增加任何 硬件设备的前提下几乎支持 目前所有设备的通信协议 ， 如 目前 几乎所有厂家支持的 Mo d b u s 标准协议和一些厂商自定义的不 公开的通信协议 P P I 、 s 5 、 s 7 、 MP I 等。 对外部通信是多线程并发处理，可以实时处理的操作外部 设备仪表。系统既可以作为客户端， 也可以作为服务端。实时处 理网络通信状态， 网络出现异常可以及时断开或立即连接 图 1 。 各 站点与 中心服务 器之 间可采用 租用 电信 局专线 、 I n t e me t V P N、 G P R S 、 C D MA 1 X、 城域 网的 V P N等方式联 网。 4 ． 1 P L C站 水厂或加压站 P L C站， 主要负责采集和显示现场仪表、 水 泵 、 阀门、 搅拌器 、 电器等设备的运行数据、 状态， 负责执行通过 操作员面板发出的手动命令和能按照应用软件程序对现场设 备进行 自动控制 ， 并能与中心服务器通信， 发送数据和接收远 程操作等。 硬件设备主要有 以西门子 s 7 4 0 0为例 ，中央处理器 C P U 4 1 3 、 通讯模板 C P 4 4 3 1 、 信号模板 S M4 3 1 、 S M 4 3 2 、 S M 4 2 1 、 S M4 2 2 、 和接 口模块 I M 4 6 1 、 操作员面板 T P 2 7 7 B、 机架、 网络交 换机等。 通过信号模板采集现场设备数字信号或 4 2 0 m A模拟量 信号反馈运行状态 ， 执行 C P U指令控制设备运行。P L C编程软 件为S T E P 7 V 4 ． 0 2 ， 操作员面板的编程软件 P ／ o t o o l 见图 2 。 4 ． 2 测压 、 测流点 通过压力传感器、流量计测量管网压力和流量，经 G P R S 无线传输模块与中心服务器无线通信。 硬件设备主要有 压力传感器、 流量计 、 G P R S无线传输模 块等。 4 ． 3中心服务器 4 ． 3 ． 1 G I S 监控系统 该系统是在 G I S平台开发 P L C上位机组态系统 ， 通过 G I S 系统实现对各水厂、 加压站 、 测压测流点设备的运行状况进行 检测和控制。在全公司内部 ， 只要安装了 G I S 软件的计算机都 可以检测加压站的运行状况。 4 ． 3 ． 2短息控制平台 短信平台软件通信协议完全遵照短信协议开发， 不使用其 他厂 家 的 A P I 。跨 接 多种 网关 C MP P、 S G I P 、 S MG P 、 C N G P、 S MP P ， 符合不同短信平台接 口协议 ， 满足不同的接口要求 ， 保 证短信平台在连接不同短信中心时的稳定性， 实现短信平台与 不同运营商短信中心之间短信的交互。 利用面向对象的方法和消息触发的机制 ，适用于所有的 WI N D O WS平台。 支持中国移动的 C M P P 3 ． 0 、 C M P P 2 ． 0 ， 中国联 通的 S G I P 1 ． 2 ，中国电信的 S MG P2 ． 0 、 S MG P 1 - 3 ，中国网通的 C N G P 2 ． 0 、 C N G P I ． 0 ， 国际通用协议 S M P P 3 ． 4 、 S M P P 3 ． 3 ， 每个协 议实行模块化， 开发成对应的动态链接库， 并提供统一的接口。 模块稳定性强， 短信平台所采用的主要技术和方法均为成 熟稳定， 久经考验的技术， 在大量系统中长期运用 ， 经过了长时 间的测试， 各个模块处理消息效率高。消息处理通过内建线程 池进行， 采用多事件多消息的方法， 可以对大量消息进行并行 处理， 大大提高了消息处理的速度， 同时提高了短消平台的总 体处理速度。C MP P协议根据其特点， 采取了滑动窗口机制， 大 大提高了短信收发的速度。 该控制平台可满足相关人员随时随地了解各终端设备运 行状况、 控制设备的运行 ， 及时了解现场故障信息。 通过安装在 中心服务器上的短信控制平台与相应手机进行互联。 4 ． 3 ． 2 ． 1 正常状态信息发送 控制平台按指定的发送频率发送各设备的运行状态 、 进出 水管压力、 运行水泵电流等内容至指定发送人员手机。 4 ． 3 ． 2 ． 2故障信息 设备运行故障时， 故障信息可立即发送给指定对象， 故障 信息发送可分三个等级 ， 由低到高分别为第一等级、 第二等级 、 第三等级， 且可分级发送。如 一旦出现故障， 故障信息首先自 动发送给故障第一级处理人员 ； 如果在指定时间内， 故障没有 排除或故障第一级处理人员没有向短信控制平台发送信息反 馈 ， 故障信息将 自动发送给故障第二级处理人员； 如果在指定 时间内， 故障仍然没有排除或故障第二级处理人员没有向短信 控制平台发送信息反馈 ， 故障信息将 自动发送给故障第三级处 理人员； 如果故障在指定时间内得到排除或故障处理人员向控 制平台回复短信，系统将不会向下一级故障处理人员发送短 信 。 4 ． 3 ． 2 ．3查询信息 在任何时候任何人发送短信至平台均可查询到泵站运行 状态信息。 4 ． 3 ． 3电话强制报警 一 旦加压站出现故障， 系统将会立即通过指定电话 自动拨 打设定的电话强制报警， 通过电话报警通知有关人员 ， 报警电 话 必须被接 听， 否则 未接 听的电话将会一直被拨 打。 5 作用意义 基于 G I S平台的 P L C组态系统及其在供水系统中的应用 将产生非常可观的经济效益， 主要体现为可减少原P L C上位机 系统， 降低工程成本； 可实现合理调度供水压力， 降低运行电费 成本； 可实现泵站无人值守， 降低运行成本 ； 可及时发现故障， 降低故障事故损失。 同时， 将产生积极的社会意义 全面提升企 业科技含量； 保障安全可靠供水 ， 促进社会经济发展。 基于 G I S平台的 P L C组态系统及其在供水系统中的应用 项目已研制成功， 经安徽省科技厅审查符合省级科技成果条件， 并荣获安庆市科学技术一等奖。 参考文献 【 1 】 郭远刚， 许克良． G I S 在供气管网管理中的应用[ J ] ． 城市燃气， 2 0 0 6 1 ． f 2 1 向怀坤， 武文波， 丁继新． G I S 支持下的城市地下管网信息系统研究 f J 】 ．北京工业大学学报， 1 9 9 9 3 ． [ 3 ]3 马力辉． 城市供水企业管理调度系统开发研究[ D 】 ． 太原 太原理工 大学， 2 0 0 4 ． [ 4 ] 林少萍， 郁建林地 理信息系统在自 来水管网信息管理中的应用[ J 】 ． 城市公用事业， 1 9 9 6 1 ． [ 5 】 粟小荣． 城市 自 来水供水管网地理信息系统设计与实现【 D 】 ． 长沙 国防科学技术大学。 2 0 0 5 ． 『 6 】 方原柏．D C S控制组态软件的标准化 世界仪表与自动化， 2 0 0 2 6 ． 水 、 电 、 暖 通 技 术 与 应 用 安 徽 建 筑 一 匿
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