基于数传电台与RTU及PLC的水泵站远程监控系统.pdf

日 遮盐 墨日 D o i 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 1 0 4 1 ． 2 0 1 4 ． 0 2 ． 0 0 6 墨 麦 座 基于数传电台与R T U 及P L C 的水泵站远程监控系统 赵政宝 ，赵一博，张涛 北京矿冶研究总院 ，北京 1 0 0 1 6 0 摘要针对选矿厂水源地水井泵站位置偏远，难于监控管理的问题，应用R T U、无线数传电台、P L C及组态监控软件组成 一 套远程分散控制系统。系统通过采用RS ． 4 8 5 总线 fi Mo d b u s ． RT U 通信协议，实现了对选矿厂水源地水井泵站生产供水系 统的远程监测和控 制。 关键词 R T U；无线数传 电台；P L C；Mo d b u s 中图分类号T P 2 7 文献标志码 A T h e mo n i t o r i n g o f wa t e r s u p p l y s t a t i o n b a s e d O i l wi r e l e s s d i t a ] r a d i o wi t h I U a nd PL C ZHAO Zhe n g b a o， ZH AO Yi b o， ZH AN G Ta o B e ij i n g Ge n e r Re s e a r c h I n s t i t u t e o f Mi n i n g a n d Me t a l l u r g y ， B e ij i n g 1 0 0 1 6 0 Ab s t r a c t F o r t h e p r o b l e m o f mo n i t o r i n g a n d ma n a g i n g t h e r e mo t e wa t e r s u p p l y s t a t i o n i n a c o n c e n t r a t o r , a r e mo t e d i s t r i b u t e d c o n t r o l s y s t e m wh i c h c o n s i s t s o f I U d i g i t a l r a d i o ， P LC a n d c o n fig u r a t i o n mo n i t o r i n g s o f t wa r e i s d e s i g n e d ． By t h e a p p l i c a t i o n o f RS 一 4 8 5 b u s a n d Mo d b u s I U p r o t o c o 1 ． t h e c o n tr o l s y s t e m i mp l e me n t s t h e mo n i t o r i n g a n d c o n t r o l o f t h e wa t e r s u p p l y s y s t e ms o f t h e c o nc e nt r a t o r ． Ke y wo r d s c o n tro l s y s t e m ； s e c u r i t y p r o t e c t i o n ； v i r u s ； h a c k e r e n tr y ； OP C 0 引言 本文以沙特阿拉伯宰利姆地区金矿堆浸选矿工程中水 源地水井泵站远程监控系统设计为例，介绍一种基于无线 数传电台 、R T U和P L C 组建无线集中监控系统方法Ⅲ。该 系统不仅解决了选矿厂水源地远距离信号难于稳定传输问 题 ，并能根据主厂区生产消防水池液位变化实现水源地水 井潜水泵 自动变频调节和限位启停，满足实时对水源地液 位 、压力 、流量 、水井泵频率等模拟量数据和泵机开关量 数据的远程采集要求。 1 系统设计 目标 1 ． 1 现场描述 沙特阿拉伯矿业公司金矿堆浸选矿工程位于沙特阿拉 伯宰利姆东南2 0 公里，该地区为沙漠、戈壁地质，远离城 市地广人稀 、交通通信等设施比较落后。选厂主厂区建在 金矿区附近，而 目前水源地有2 个，各1 口井 ，相聚距5 0 0 0 多米 ，与主厂区相距I 7 0 0 0 多米 ，通过埋地管路向主厂区 生产消防水池供水 ，以满足选厂生产和消防用水需要。如 何实现对地理位置分散，空间距离远的水源地水泵机 、发 电机及各种液位 、压力 、流量 、温度等参数实时控制和监 视，是亟需解决的重要问题。 1 ． 2 设计 目标 1 ． 2 ． 1 厂区主站 1 实现对水源地柴油发电机组和水井潜水泵进行远程 手动启停控制和运行频率设定。 2 O E l C VO I ． 2 1 2 0 1 4 No ． 2 2能够实时监测水源供水生产系统的液位、流量 、压 力、泵机和发电机组运行状态等主要工艺参数 ，并对部分 重要的工艺参数进行越限报警。 3提供企业生产管理所需的历史数据查询、趋势曲 线 、数据报表、操作和报警记录等功能。 1 ．2 ． 2 水井分站 1实现对本站内的液位 、流量 、压力等检测仪表数 据及泵机电压 、电流、运行状态等数据进行就地采集和显 示 。 2就地运行时，能够对本站内水井潜水泵实施就地手 动启停和运行频率控制。 3 远程 自动运行时，能够根据生产消防水池液位控制 水井潜水泵的自动起停及运行频率。 2 系统设计 为满足选矿厂水源地水井泵站远程监控系统设计要 求 ，本系统采用主从式结构模式 ，运用RT U 远程控制 、 P L C 集控 、无线数传电台、M o d b u s 总线协议以及组态软件 等技术 ，建立厂区主站管理和水井分站控制相结合的监控 系统。系统分为三层结构 ，分别为控制层 ，网络层和监控 层 ，如图1 所示 。 2 ． 1 控制层设计及选型 控制层由两个部分组成 ，分别为设在水源地水井泵房 的水井分站和设在主厂区供水泵房的主站。水井分站内设 R T U 过程控制器 】 ，其主要功能如下 1 实现就地控制水井潜水泵的启动、停止，采集水井 日 班遮过 墨日 享 ，使得其它各站上位机均可实现对水源井供水工艺流程 画面及数据、曲线、报警信号进行实时显示和记录。 3 主站和分站的通讯协议 厂区供水泵站主站P L C 与各水源井泵站分站R T U 采用 M o d b u s 通讯协议的R T U 通信模式。Mo d b u s R T U 协议是基于 数字型数据传输通信模式 ，信息传输为异步方式，并以字 节为单位。在P L C 主站和R T U 从站之间传递的通讯报文的信 息帧格式，如表1 所示。设备地址用于标识站号，功能码使 用有0 3 、0 6 ，数据码为寄存器地址，校验码根据前三种数 据 自动生成。 表1 Mo d b u s ． R T U f 息帧格式 设备地址 I 功能码 I 数据内容l C R C 校验码 1 字节 J 1 字节 I N字节 J 2 7节 P D U 协议数据单元 A D U 应用数据单元 本系统中，厂区供水泵站P L C 作为Mo d b u s 主站，水源 井R T U 作为Mo d b u s 从站 ，P L C 主站采用轮询方式，依次向 各R T U 从站发起询问，R T U 从站接收到询问信号，判断信 号里的站号与本站号相同时，接收通讯命令 ，并根据功能 码读写信息 ，若C RC 校验无误 ，则执行相应的任务 ，把响 应结果返送给P L C 主站；否则不返回信息。 4 软件设计 4 ． 1 R T U 从站软件设计 R T U 从站程序使用O p e n P C S 集成开发环境编程，主要 有数据采集模块 、数据存储模块 、数据监测模块和控制模 块。程序为循环程序结构，如图2 所示。 图2 R T u从站程序流程图 2 2 EI C V Ol _21 2 01 4 NO ． 2 墨 麦旦 R T U分站程序启动后 ，首先进行程序初始化 ，判断 为就地操作还是远程操作 ，若为就地操作 ，R T U 分站只 负责数据采集和存储 ，由水源井泵站现场操作人员进行 操作控制 ；若为远程操作，判断为 自动控制还是手动控 制，若为手动控制 ，RT U 分站除负责数据的采集和存储 外 ，还接收P L C 主站的控制命令进行控制；若为 自动控 制 ，则R T U分站根据P L C主站传送的监测信号和给定信 号，自动进行控制。 4 ． 2 R L C 主站软件设计 P L C 主站程序采用S T E P 7 M i c r o WI N V 4 ． 0 S P 9 编程 ，采 用结构化编程方式，以梯形图语言形式编写。主程序通过 调用子程序模块，实现与R T U 分站基于Mo d b u s R T U 协议 通信，完成对R T U 分站数据的采集、转化存储 ，并将上位 机设置状态 、监测 、控制数据发送给R T u 分站进行判断操 作I 。如图3 所示。 图3 P L C主站程序结构图 4 - 3 上位机软件设计 上位机监控系统由西门子公司的Wi n C C 组态软件开发 实现。Wi n C C 具有良好的开放性和灵活性 ，集生产 自动化 和过程 自动化于一体 ，实现相互问的整合 ，凭其高水平的 创新和基于标准的长期产品策略，已发展成为市场中的领 导者和业界遵循的标准。因此选择Wi n C C 作为上位机组态 软件可以最大程度地提高工厂的可用性和生产效率 ，优化 设备运行和生产流程。 综合考虑水源井及整个选厂流程控制需要和客户建 议 ，我们编写了相应的监控操作画面，如图所4 示。包括水 源地水井远程监视画面、检测仪表实时数据显示 、各水井 潜水泵和柴油发电机组的运行控制界面，以及各种操作记 录、报警记录以及通讯状态监视等画面 ] 。具体实现了以下 功能 1 能够实时监测水源供水生产系统的液位、流量、压 力等主要工艺参数 ，并对重要的工艺参数进行越限报警。 2实现对水源地柴油发电机组的运行进行选择和远程 手动启停控制，并显示其运行状态。 3实时显示各水井潜水泵的运行参数，以及是否受 自