基于PLC控制的多泵站远程监控系统设计与实现.pdf

第 9 卷第 4 期 2 0 1 1年 8月 Vo 1 ． 9 No ． 4 Au g ． 2 0 1 1 6 o i 1 0 ． 3 7 2 4 ／ S P ． J ． 1 2 0 1 ． 2 0 1 1 ． 0 4 1 4 4 基 于 P L C控 制的多泵站远程监控 系统设计 与实现 贾 斌 ， 冯 晶。 1 ． 北京市水利自动化研究所， 北京 1 0 0 0 3 6 ； 2 ． 北京市水务信息管理中 fl , ， 北京 1 0 0 0 3 8 摘要 多泵站远程监控系统是基于 P L C控制和 G P R S传输的分布式远程泵站控制系统， 在站点分布广泛、 通讯稳定 性要求高的条件下得到了很好的应用。文中介绍了多泵站远程监控系统的功能与构成， 分别阐述了现场控制部分、 无线传输链路和监控中心的结构与工作方式以及 P I C在现场控制和数据通信中的作用， 并分析了监控系统的使用 效 果。 关键词 P I C； GP RS ； 变频器； 远程监控； 供水自动化； 现场总线 ； 通讯 中图分类号 TP 2 7 3 ． 5 文献标 识码 A 文章编号 1 6 7 2 1 6 8 3 2 0 1 1 0 4 0 1 4 4 0 5 De s i g n a n d I m p l e m e nt a t i o n o f t h e M u l t i pu mpi n g St a t i o n Re m o t e M o ni t o r i ng S y s t e m Ba s i s o n PLC J I A B i n ， FENG J i n g 1 ． B e i j i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o y ’ Wa t e r Af J a i r Au t o ma t i o n， B e i j i n g 1 0 0 0 3 6 ， C h i n a ； 2 ． B e i j i n g Wa t e r I n f o r ma t i o n Ma n g e me n t C e n t e r ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ， C h i n a Ab s t r a c t Th e mu hi p u mp i n g s t a t i o n r e mo t e mo n i t o r i n g s y s t e m i s a k i n d o f d i s t r i b u t e d r e mo t e pu mp i n g s t a t i o n c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n PI C a n d GP RS t r a n s mi s s i o n ． I t h a s g o t v e r y g o o d a p p l i c a t i o n s u n d e r t h e c o n d i t i o n s o f wi d e l y d i s t r i b u t e d s i t e s a n d h i g h l y c o mmu n i c a t i o n s t a b i l i t y r e q u i r e me n t ．Th i s p a p e r i n t r o d u c e s f u n c t i o n a n d s t r u c t u r e o f t h e s y s t e m， a n d p r e s e n t s t h e s t r u c t u r e a n d wo r k i n g s t y l e o f t h e f i e l d c o n t r o l s e c t i o n，t h e wi r e l e s s t r a n s mi s s i o n l i n k a n d t h e mo n i t o r i n g c e n t e r ．Al s o t h e r o l e o f PI C i n o n s i t e c o n t r o l a n d d a t a c o mmu n i c a t i o n s i s d i s c u s s e d ．At l a s t ，t h e p a p e r a n a l y z e s t h e a p p l i c a t i o n e f f e c t o f mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l s y s t e m． Ke y wo r d s PL C； GPRS； i n v e r t e r ； r e mo t e mo n i t o r i n g； wa t e r s u p p l y a u t o ma t i o n； f i e l d b u s ； c o mmu n i c a t i o n 怀柔应急备用水源作为北京地区建设的第一个大型地 下水源地， 连续多年进行应急开采， 为缓解北京地区水资源 紧张局势及保障城市供水安全做出了巨大贡献。随着水资 源开采量的逐步增加， 为了满足供水需求 ， 操作人员需根据 水源地每 日供水量的具体情况， 对各站潜水泵的启动状态进 行相应的调整。同时， 为了响应国家节能 、 降耗的指示， 所以 利用变频器启动潜水泵电动机的次数变得愈加频繁。但由于 水源地输水管线传输距离较长， 各站分布较分散， 因此操作人 员控制变频器存在时间长、 距离远 ， 不能全面了解各站运行状 况的问题。为了给北京地下水供给提供更加合理化的方案， 提高操作人员的工作效率， 保证设备的运行稳定， 故在该项 目上采用了先进的基于 P I C控制的远程多泵站控制技术。 1 泵站监控 系统分析 1 ． 1 备用水源井群 系统构成 应急备用水源地工程地处北京怀柔境内， 于 2 0 0 3年投 入使用， 该工程的目的是为北京市水源九厂提供备用地下水 源， 以解决地表水不足的问题。备用水源泵站系统 } _} 1 4 2 H 艮 水源井泵房和呈“ Y” 形分布、 长约 1 4 ． 4 k m的输水管路 同 构成， 通过潜水泵、 输水管线将地下水送至水源九厂， 并在输 水管线末端装有管道压力计、 电磁流量计和退水 管线 压力超 出允许 的压力范 围时 ， 阀门扣‘ 开泄J上 。 4 2眼水源井 以对 井分 组共设 2 1个升 站 ， 埘外 为 1 l 浅 1 2 0 m／ 2 5 0 m ， 间距 3 0 n l ， 各 井站之I日 J 相距 约 5 0 0 n l 。何 处井站设置有箱式 变 电站 ， 每眼水 源井 泵房均 装 没潜 水 、 变频器 、 电动蝶 阀、 多功 能水泵控 制阀 ， 压力式 水位 汁 ， 管 道 压力计， 磁感式水表， 以及相关配电控制设备。 1 ． 2 监控 系统需求分析 ① 在各个水源井泵站实现对本地水泵控制没备的现场 通信。每眼水源井机组的运行状况由变频器榨制 ， 变频控制 又分为通讯 E l P r o f i b u s D P 控制方式和开关量 I I ／ I 控 制方式。同时采集水泵的相关工作状态、 供水量、 井 t 水位 、 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 1 1 4 修回 日期 2 0 1 1 - 0 7 1 5 网络 出版 时间 2 0 1 1 0 7 2 3 网络出版地址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 1 3 ． 1 3 3 4 ． TV． 2 0 1 1 0 7 2 3 ． 1 7 0 3 ． 0 1 2 ． h t ml 作者简介 贾斌 1 9 8 4 ， 男 ， 北京人 ， 自动化控制工程师， 在读工程硕士， 主要从事 自动化控制及通信技术方面的研究。Emd l c h i l d h c x x l 1 2 6 ． x r l 1 ． 1 4 4． 工 程 技 朱 -一 技 科l墨 S 利 盯 W 与m ∞ 凋 北 南 № 怕 贾 斌等 基于 P I C控制的多泵站远程监控系统的设计与实现 水管压力、 供电参量等数据。 ② 建立监控中心与 2 1 处水源井分站稳定的通信联络， 实现接收管理所的控制命令、 反馈监测数据 ； 与变频器、 电力 仪表、 远传水表、 压力计及水位传感器实现数据通信， 信息采 集、 执行指令的传输延迟不应超过 5 S 。 ③ 远程控制状态下可接收并执行监控 中心指令 ， 控制 水泵的启动、 调速、 停止， 同时将采集参量上传管理中心。远 程控制即由管理所监控中心通过计算机发布指令选择控制方 式 ， P I C执行后通过变频器控制水泵的启动、 停止与调速。 ④ 在管理所调度 中心对所管辖水源井泵站、 水位监测 站、 流量站实现远程控制、 监测， 自动采集各站的运行数据， 实现数据显示、 报警、 存储 、 曲线、 查询、 汇总、 打印输 出报表 等功能。 1 ． 3 监控 系统框 架分 析 根据备用水源井群结构以及对监控功能的需求分析 ， 监 控系统大致分为 3个部分。 现地控制环节 使用采集控制设备通过变频器控制水泵 的启动、 停止与调速 ， 同时采集水泵的相关工作状态、 供水 量、 水位、 水管压力、 供电参量等数据， 并将数据汇总打包。 无线通信环节 建立稳定的无线通信连接， 通过每个站 的无线终端将 2 1 个站的数据包分别传送至监控中心， 实现 中心服务器与现场采集控制设备之间的双向传输 。 上位软件环节 将接收到的数据包通过数据组态形成友 好的人机操作界面， 实现数据的分析处理、 存储备份、 权限管 理及 报表输出等功能 。 1 ． 4监控 系统功 能设 计 基于泵站系统的框架， 监控系统 以管理所为监控 中心， 下设 2 1个水源井分站共计 4 2个采集控制系统 ， 每个水源井 分站 作 为 一 个 单 独 的 子 系 统 。P I C P r o g r a mma b l e L o g i c C o n t r o l l e r 是可编程控制器 的简称 ， 是 以微处 理机 为基础 ， 综 合了计算机技术、 自动控制技术和通信技术等现代科技而发 展起来的一种新型工业 自动控制装置， 他具有多输入／ 输出 接 口， 并具有较强的驱动能力 ， 广泛应用于电力、 水利等行 业_ 1 ] 。本系统采用 P I C作为现场采集控制传输设备。为了 预防 P I C组件 出现故障而导致两眼井 的控制 同时受到影 响， 单站系统采用两组 P I C组件分别对应浅井和深井， 并以 通信 P L C组件为节点进行数据汇总。每个泵站的两套控制 系统相对独立， 分别采集对应井的管井水位、 管道压力、 流量 信息、 电表数据和变频器等相关状态参量。由于是远程控 制 ， 需要考虑到通讯中断时系统的运行状态 。正常情况下， 外部控制设备发生故障不能中断供水 ， 也就是说程序本身要 有 自锁功能， 在失去通讯的情况下保持线圈接通。通过开关 量方式控制变频器时 ， 如果失去与控制柜的连接， 如线缆断 裂或者控 制柜失电将会导致继 电器 一接触器线 圈失 电， 也会 造成非正常停泵。所以对电气段也要进行 自锁 ， 采用触发式 启动而不能使中间继电器长期吸合。基于实际工况， 当采集 到的管线压力过大、 水位埋深低于安全警戒线、 控制柜 内电 流过大时， 应当立即使线圈失电以防止机组烧毁或产生重大 安全事故。在程序中设置 了水位埋深、 管线压力、 机组电流 警戒 自动保护和通讯报警等功能。 在现场数据传输方面见图 1 ， 以通信 P L C组件作为主 站， 与深井、 浅井 P L C组件以及深井、 浅井 的变频器组成 P r o fi b u s网络。P L C与变频器之间以总线通讯作为其主要 的工作方式 ， 除此之外还增加了数字开关量的控制方式， 两 者互为备用。最后 ， 通信 P L C组件完成站内两个系统资源 的数据汇总， 通过 4 8 5连接方式与通讯终端连接并上传数 据。图 1 为单个水源井泵站的通讯结构图。 一 s ⋯～ l 苎 兰 苎 I G P R s 终 端 r 亘窭面团 ] l 厂 。 n 总 线 传 输 、 l 匝 垂 圈l l匣 垂 I 鑫 勰 f l l f 蔟 螽 茎 模拟量传输 l ’ l 模拟量传输 l I 浅 井 变 频 器 I 变 频 器 变 频 器l 深 井 变 频 器L _ _ J r 一一 一 一 1 A C S 8 0 0 I 采集控制 采集控制l A C S 8 0 0 I l 浅井状态参数采集 罩 疃 浅井水泵饥组 l 匮 深井水泵机 组 深井状 态参数采集 图 1 泵站通信结构 Fi g ． 1 Co mmu nic a t i o n s t r u c t ur e o f p u mping s t a t i o n 由于泵站相对分散并且多数分布于野外， 对这些设备的 实时监测存在铺设线路成本高、 维护费用高、 不易调整等问 题。无线通信链路采用 G P R S G e n e r a l P a c k e t R a d i o S e r v i c e 数 据传输网络， 在其基础上可进行多种数据传输业务， 按数据流 量计算运行费用， 网络覆盖面广， 具有数据传输速率高和永远 在线的特点。根据现场实际情况， 本系统选用 GP R S传输方 式作为无线通信手段， 进行中心主叫返回式通信。 2 设备的选型 本项 目变频 器 采 用 了 A B B公 司的 AC S 8 0 0系 列 变频 器， D P通讯选用与之配套的 R P B A- 0 1 通讯模块 。P L C方面 则采用了西门子公司的 s 7 3 0 0系列和 S 7 2 0 0系列可编程控 制器 ， 其主要由C P U模块， 电源模块， 通讯模块， 模拟量和数 字量模块所组成。s 7 3 0 0系列作为系统的通讯 P L C组件， C P U型号 为 S 7 3 1 5 2 D P， 4 8 5通 讯 模 块 型 号 为 C P 3 4 1 ； S 7 2 0 0系列作为系统浅井与深井 的 P L C控制采集组件， C P U 型号 为 C P U2 2 4 。GP R S终端选用 了北京嘉 复欣公 司 的 G F _ 2 0 0 8 W D T U 型 G P R S通信模块 。 3 现场控制部分 3 ． 1 P L C控 制 变频 器的 方式 随着智能化的发展和普及， 使用 P L C与变频器结合， 实 现变频器的远程控制， 是 目前电气传动远程控制中的主流。 一 个变频 P L C控制系统通常 由 3部分组成 ， 即变频器 本体 、 可编程控制器 P L C部分、 变频器与 P L C的连接部分_ 2 ] 。变 频 P L C控制系统的硬件结构中最重要的就是连接部分 ， 根 据不同的信号连接， 其控制方式也相应的改变 ， 就 P L C对变 频器的控制方式而言主要有 3种。 ① P L C的输出端子接变频器的多功能端子， 变频器中 设置多功能端子为多道速功能， 并设置相应频率。通过 ll 毽 凝 采| w ．1 4 5． 第 9卷 总第 5 5期 南水北调与水利科技 2 0 1 1年第 4期 P L C的输出端子的闭合和断开的组合， 使变频器在不 同转 速下运行。优点 响应速度快， 抗干扰能力强。缺点 不能 无级调 速 。 ② 通过变频器上的通讯 口进行总线通讯， 用通信电缆 把通讯口与 P L C的通讯模块相连接， 通过用户程序对变频 器的运行进行控制和监视， 并对参数的读写进行操作 。优 点 可以无级变速 ， 速度变换平滑， 速度控制精确， 适应能力 好。缺点 抗干扰差， 响应有延时。 ③ 通过 P L C数模 D A 转换模块 ， 将 P L C数字信号转 换成电压 或电流视变频器设置而定 信号， 输入到变频器的 模拟量控制端子， 从而控制变频器工作。优点 无级调速。 缺点 调速精度低， 不直观 ； 数模转换模块较贵。 由于考虑到要实现变频器的无级调速， 所以采用了上述 第②、 ③两种方式作为本项 目中 P L C控制变频器的主要手 段 ， 其中又以P L C通讯 口控制变频器设备作为其主要工作 方式 ， 而通过模拟量控制变频器工作则作为其次要工作方 式 ， 两种方式互为备用。 3 ． 2 P L C控制变频器的工作过程 3 ． 2 ． 1 通过 P r o f i b u s网络控制 P L C和变频器得电后， 首先进行初始化 自检和诊断， 此 时， 在 P L C输入模块和输出模块上有相应的指示灯变亮， 对 应此时变频器的工作状态。启动时， P L C通过 P r o f i b u s 现场 总线网络 或模拟信号控制端子 将频率数值传送到相应的 变频器上， 在完成 P L C对变频器控制的同时， 还将变频器的 运行状态， 通过通讯网络 P r o f i b u s 现场总线 ， 反馈到 P L C控 制器上， 实现对变频器整机状态的实时控制_ 5 ] 。变频器将所 得到的信号再处理后输送到下端电机， 从而使电机带动潜水 泵平稳启动。 在 P r o fi b u s 通 讯 中 ， 由主机 站选 择 响应 主机 指令 的节 点。主机也可用广播的形式给多个节点发送命令而不需要 节点反馈信号， 但节点 分站 之间不能进行通讯。在本系统 中， S 7 3 0 0 P L C作为主站 ， 变频器作为从站， 主站向变频器 传送运行指令， 同时接受变频器反馈的运行状态及故障报警 状态的信号。变频器与 R P B A - 0 1通讯模块相连， 接人 P r o f i b u s - D P网中作为从站， 接受从主站 s 7 3 0 0来的控制 。R P B A- 0 1 通讯模块将从 P r o f i b u s DP网中接收到的过程数据存 人双向R AM 中进行编址排序 ， 向变频器写入控制字、 设置 值或读出实际值 、 诊断信息等参量。 P r o f i b u s - D P通讯协议的数据电报结构分为协议头、 网 络数据和协议层。网络数据即 P P O包括参数值 P K W 及过 程数据 P Z D， 参数值 P K W 是变频器运行时要定义的一些功 能码； 过程数据 P Z D是变频器运行过程中需要采集和发送 的一些数据值， 如频率给定值、 速度反馈值 、 电流反馈值等。 不同类型的 P P O包含 P K W 和 P Z D的范围也不同， 图 2 是 5 种 P P O类型， 其中 C W 是控制字， S W 是状态字， R E F为给 定值 ， AC T为实际值。将网络数据这样分类定义的目的， 是 为了完成不同的任务， 即 P KW 的传输与 P Z D的传输互不影 响， 均各 自独立工作 ， 从而使变频器能够按照上一级 自动化 系统的指令运行 。 ． 1 4 6． 8 立臻 娃 蔽 g 采 输 出域 输入域 类 型 I 类 型2 类 型3 类 型4 类 型5 过 程数 据 参数识别 固定 区域 ． 一 自由映 射区域 一 nWl m nW l 3 DW A 1 nW W nW nW 锄W W7 。 o I I C W lR Ⅱ I I SW I A C r P KW DW2 ． 1 D 2扣 2j D 厮 聪矿 J ， 1 ． 1 ． 1． I ． I I l I l I I 1 l l I l I l I l l I 2 l 1 ．I l I l l l l I I I I I‘ 图 2 P P O类型 Fi g ． 2 PPO t y p e 实现 P L C与变频器的连接需要对 P L C进行组态。本系 统中， 编程软件使用 S TE P 7 V5 ． 4组态软件， 进入软件后将 RP B A- 0 1的 G S D 设备数据库 文件导人 S TE P 7的编程环 境中， 选定 S 7 3 1 5 2 DP为主站系统 ， 添加 R P B A- 0 1模块作 为 D P从站， 选定使用的 P P O类型， 本设计使用 P P O5 ， 即支 持 4 个字的P K W 参数值与 1 0个字的 P Z D过程数据。定义 P K W 与 P Z D的 I 区地址范围和 Q区地址范围， 以便程序读 取数据。同时设定站点网络地址和波特率。本次设计中两 台变频器的地址分别设为 4号、 5号站， 为了提高数据传输的 稳定性， 将传输波特率设为 9 6 0 0 b p s 。最后建立一个变量 表， 用于观测实时通讯效果。在图 3中， 完成了对变频器通 讯模块属性的设定 。 图 3 设定变频器通讯模块属性 Fi g ． 3 Co mmu ni c a t i o n mo d u l e s e t t i n g s o f t h e i nv e r t e r 变频器与 P L C应用 P r o f i b u s D P现场总线 连成 网络后 ， 除在 P L C自动化系统中进行编程外， 在每个变频器上也要 进行适当的参数设置。先将通讯模块的站地址拨到与软件 组态中相符， 然后连接通讯电缆， 启动变频器 ， 完成对变频器 端通讯参数的设置。 ① 1 O ． 0 1 一 C O M 外部控制器的连接和控制源。 ② 1 1 ． 0 3 一 C O M 外部给定频率的信号源。 ③ 5 1 ． 0 1 一 P RO F I B US 选择通讯协议。 ④ 9 8 ． 0 2 一 F I E L D B US 激活外部 串行通讯 。 ⑤ 9 8 ． 0 7 ～ AB B D R I VE S 定义与变频器的通讯协议。 贾 斌 等 基于 P L C控制 的多泵站远程监控系统 的设计 与实现 ⑥ 设 定 P Z D 对 应 变 量 。在 变 频 器 通 讯 中 ， P Z D1和 P Z D2的内容是固定不可变的。P Z D 1中包含了控制字和状 态字， 发送启动使能、 停止、 急停等控制命令并返回报警、 故 障等变频器运行状态； P Z D 2中实现设定频率和读取实际频 率的功能 。P Z D 3 一P Z D 1 0可 由用户 自定 义设 置 ， 读 取 电机 转速、 电流等其他参量。设置完毕后需重新给变频器上电完 成激活。 3 ． 2 ． 2 通过模拟量方式控制 除了总线控制方式以外 ， 变频器通讯模块同时配备了模 拟量和数字量通讯端 口， 方便外部控制器通过数字量进行变 频器的启／ 闭机操作、 正反转控制 、 外部控制源的切换以及故 障确认 ， 并通 过 AI 端 口接 收外部 频率 设定 ， 并通过 AO端 口 向接收设备发送频率、 转速、 电流等模拟量信号反馈。注意 在使用时， 要通过变频器控制板定义系统参数， 将各模拟量 及数字量与变 频器 内部 端 口一 一对 应 。参数 详 见 AC S 8 0 0 标准应用程序 7 ． x固件手册。系统运行以总线通讯为主， 当 通讯中断时， 可切换到模拟量控制方式 ， 形成了变频器通讯 方式的冗余， 两种方式互为备份。图 4为变频器模拟量外部 控制连接 图。 给定 电压值一 1 0 V D C 1 k n ≤ R． ≤ l 0 k n 一 ／ 1 V R E F 给定电压值一 1 0V D C ， 1 k 【 2 ≤R ， ≤1 0k 【 2 ]一1 2 C N D 3 A l I 速度 给定值 手动控制 。 l ／ J 4 A J l o 2j 1 0 V，R i 2 0 0 k n 5 A l2 速度 给定 值 自动控制 。 6 A l2 一 0【 4 j- 2 0m A．R ． 1 0 0【 2 7 A l 3 缺 省状态下 ，未定 义 8 A l 3 一 0 4- 2 0 mA ， 1 0 0n ／ 1 9 A OI 电机速度 0 4 1 ～ 2 0 mA A 0 电机额定 速度 ， 1 0 Al l R￡ ≤7 0 0n 1 1 A O 2 输出电流 0 4 2 0 mA 0 一 电机额定电流， ／-1 RL 7 0 0n 1 2 AO2一 z z D I 1 停 止，启 动 手动 控制 ．／ 2 D l 2 正转／ 反转 手动控 制 ／ 3 D l 3 手动／ 自动 控制选择 - ／ d D 1 4 恒速4 参 数 1 2 0 5 。 5 D l 5 正转／ 反转 自动控制 ／ 6 D l 6 停止傍 动 自动控 制 7 2 4 V 2 4 V DC ，最 大值 1 0 0 mA 8 2 4 V ，一 9 D C N D1 数字接 地 1 0 D G N D 2 数字接 地 ＼ l l D l J L 启 动联锁 0 - 停 止 。 图 4 变频器模拟量 外部控制连接 Fi g ． 4 Co n ne c t i o n o f t h e inv e r t e r e x t e r na l a n a l o g u e c o nt r o l 3 ． 3 P L C在数据通信结构 中的作 用 每个水源井分站的 P I C与变频器建立连接后， 需要与 监控中心进行数据的双向交换， 而水源井分站共计 2 1 个 ， 这 样就需要建立一个以管理中心为主站， 下设 2 1 个分站的总 线网络。在单个水源井分站中， 以 S 7 3 0 0作为 P r o f i b u s D P 主站， 与两组 S 7 2 0 0的深、 浅井 P L C组件和深 、 浅两组变频 器共同形成 了 P r o f i b u s网络， 通过 P mf i b u s 总线将数据汇集 到 S 7 3 0 0中， 并通过 4 8 5 通讯模 块生成数据包 ， 连接至 G P R S 通讯终端。在另一个总线网络中， 数据交换采用 Mo d b u s 通 讯， 各水源井分站 的 S 7 3 0 0作为 Mo d b u s 分站 ， 通过 S 7 3 0 0 的 C P 3 4 1通讯模块 以 4 8 5方式 与 GP R S终端 连接 。监 控 中 心作为 Mo d b u s 主站 ， 与下设分站进行主叫返回式通信。通 过 Mo d b u s 通讯数据中的 C R C校验能够确定通讯内容的正 确性 ， 并可将因网络原 因造成的不完整数据剔除_ 6 ] 。在这 里， 基于 S 7 3 0 0的通讯 P L C组件实现了承上启下的作用。 4 无线传输链路 无线传输采用 G P RS传输方式。在无线传输链路中， 以 监控中心作为主站， 2 1 个水源井的通信 P L C组件作为分站， 采用 Mo d b u s协议 进行主 叫返 回式通信 ， 传输介质 采用 G P R S传输， 以无线 的方式构成 了一个 Mo d b u s网络。当 G P R S与不安全的外部网络互连时， 将受到外部网络的安全 威胁。如果 S G S N和防火墙配置不当， 还可以使 GP RS网络 受到“ 拒绝服务 D o S ” 攻击。而且， 外部网络可以向 G P R S 用户发送数据。由于 GP R S按流量计费， 无用的大数据流将 给用户造成经济损失， 同时加大了系统的负担。病毒程序也 可以在不知不觉 中被放 人用户 的移动 终端。另外， 来 自 G P R S网络内部的恶意用户或用户移动终端中的病毒程序 可以发送 GP R S数据和信令消息来影响 G P R S网络及其用 户的行为。考虑到供水系统数据传输的安全性、 保密性和稳 定性， 方案并没有使用 GP R S公 网的方式传输 ， 而是通过 VP N专线连接到监控中心的数据服务器， 数据服务器上安 装组态软件， 实现对采集信息的处理、 显示及存储等功能。 这样， 即使知道固定 I P， 也无法通过公用互联网自由访问每 个 G P R S终端， 必须通过专线才能接入网络。图 5为无线链 路通讯结构 图。 I 查 塑 _井 至 苎 l I 水 源P L C 糟信 ⋯一 l 机 组广 ⋯ ⋯ 。 终端 匣 P点 L 要C Pd鲨t l 组 l u R 媳 端 r通 信 链 路 龉 器 路由器 f i ； j j j 。7 1 _ c ⋯⋯j I 垫 望 l R s 终 端 图 5 无线链路通讯结构 Fi g ． 5 Co mmu ni c a t i o n s t r uc t u r e o f wi r e l e s s l i n k 同时为了保障无线传输的稳定性与可靠性， 传输协议采 用 T C P方式。U DP协议不提供可靠性连接 它把应用程序 传给 I P层的数据发送出去， 但是并不保证它们能到达 目的 地 。TC P向应用层提供与 U DP完全不同的服务_ 8 ] 。T C P 提供一种面向连接的、 可靠的字节流服务。两个使用 T C P 的应用 通常是一个 客户 和一个 服务器 在彼 此交换 数据 之 前必须先建立一个 T C P连接。首先建立连接 ， T C P用 3 个 报文段完成连接的建立， 即 3 次握手。终止一个连接要经过 4次握手， 数据发送必须经过接收方确认， 并且有超时重传等 保障机制。TC P在传输中提供了可靠的通讯保障， 使得传输 的数据不会因为种种原因而丢失。采用 UDP能够带来更高 的传输速度 ， 但是针对本系统而言， 对数据传输的可靠性要 求更高。在进行决策控制或供水调度时， 数据指令的准确到 达更为重要 。若采用 U DP协议传送， 对于数据的可靠性则 会大大降低 。 5 监控 中心结构 各分站的数据包通过 VP N专线连接到监控中心的数据 王啦 吞4 建 8 _采 ．1 4 7． a| ％ a ‰ | ； ％ 第 9卷 总第 5 5期 南水 北调 与水 利科 技 2 0 1 1年第 4期 服务器， 通过软件组态将数据可视化并进行数据库备份， 同 时经交换机通过 T C P ／ I P协议将数据传送给局域 网中的两 台监控机， 两台监控机同时工作， 互为热备。在监控机上安 装组态软件客户端， 形成可视化界面便于操作， 通过数据反 馈， 监控中心可实现对下设 4 2眼水源井变频器的远程启动、 停机和调速， 并可以自主选择通讯口控制或开关量控制。在 数据采集界面上， 可显示总供水管线状态参数， 各水源井的 管井水位、 管道压力、 管道流量、 配电参数及变频器的状态数 据。此外， 软件还设有操作权限分级 、 数据超限报警 、 报表查 询打印、 图表显示查询等功能。图 6为监控中心结构图。 图 6 监控中心结构 Fig． 6 St r u c t u r e o f m o n i t o r i n g c e nt e r 6 系统 使用效 果 在水源井泵站未接入监控系统之前， 对各站水情及设备 状态监控十分不明朗， 只能消耗人力赴各站进行停启泵操作 和定时记录数据， 并通过管道末端的电磁流量计和管道压力 计获取整个输水管线的运行状况， 为按需调整水量和应急水 源调度带来了很大的难度。 采 用 P L C对变频 器进 行远 程控制 后 ， 通过 GP R S网络 的数据传输。无线信号稳定， 通讯无延时， 每 3 s 进行一次数 据更新。操作人员可在监控中心使用计算机向P L C输入指 令从而控制远端变频器的启停， 并在显示器上观察电动机与 变频器的运行状况， 在实现了智能化控制的同时， 也简化了 操作人员的工作， 提高了工作效率， 并为维修人员迅速查找 故障提供了方便。通过多泵站远程监控系统的应用 ， 用户 对系统内各节点的状态一 目了然， 在保证每 日总供水量的 前提下可按需分配并远程控制各 眼井 的出水量 和运行状 态， 有效降低了能耗和人力的浪费， 同时增加 了泵站群的应 急响应能力 。 7 结语 本文介绍了多泵站远程监控系统的功能与构成， 按通信 环节分别阐述了现场控制部分、 无线传输链路和监控中心的 结构与工作方式， 详述了 P L C控制变频器的方式、 工作过程 以及在数据通信结构中的作用， 并综合评述了基于 P L C控 制的多泵站远程监控技术的使用效果。通过深入了解这些， 1 4 8 | t 娃 蔽冁 |采 有助于提高变频器 自动控制系统设计的科学性和先进性。 读者可根据不同项目的具体情况， 选择合适的方案。 参考文献 Re f e r e n c e s E l i 邬晓峰． P L C控制器 和变频 器技术 在 门机 上 的应 用[ E B ／ I ] h t t p t ．e l e c f a n s ．c o m／ j i x i e s h e j i ／ 2 0 0 9 0 6 1 3 6 8 4 9 3 ．h t ml ， 2 0 0 9 0 6 1 3 ． W U Xi a o f e n g ．PLC a n d I nv e r t e r Te c hn o l o g y i n Cr a n e Ap p l i c a t i o n s[- EB ／ OL] ． h t t p l } | ． e l e c f a n s ． c o m／ j i x i e s h e j i ／ 2 O 0 9 O 6 1 3 6 8 4 9 3 ． h t ml ， 2 0 0 9 0 6 1 3 ． i n C h i n e s e [ 2 ] 付华． P L C控制变频器的应用[ J ] ． 光盘技术， 2 0 0 9 ， 2 ． F U H u a ． P L C Ap p l i c a t i o n o n I n v e r t e r C o n t r o l [ J ] ． C D T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ， 2 ． in Chi n e s e E 3 ] 陈坚 ， 张雷． 国外泵站发展及运行管理情况综 述 E B ／ I ] ． 中国 工控 网， 2 0 0 9 ． CHE N J i a n ， Z HANG Le i ．F o r e i g