基于GPRS的恒壓供水系統(tǒng)

　　引言

　　恒壓供水在民用、工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，但使用老式控制系統(tǒng)難以得到良好的壓力控制、難以對遠(yuǎn)方多個水源選擇性控制，并且人機交互能力也比較差，從而管理難度大，操作復(fù)雜，造成人力物力浪費。

　　基于“集中管理，分散控制”的模式，數(shù)字化、信息化環(huán)保工程的思想，我公司開發(fā)了這套基于GPRS的恒壓供水控制系統(tǒng)，并著眼于“管控一體化”信息系統(tǒng)的建設(shè)，建立一個先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴(kuò)充的集過程控制、監(jiān)視、無線控制和計算機控制于一體并且具備良好開放性的監(jiān)控系統(tǒng)，完成對整個工藝過程及全部生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與自動控制，實現(xiàn)“現(xiàn)場無人值守，少人值班，智能調(diào)節(jié)”的目標(biāo)。

　　1、系統(tǒng)構(gòu)成

　　設(shè)計的時候，在確保先進(jìn)、可靠、開放、安全的前提下，始終堅持控制成本的原則。本套系統(tǒng)自動化程度高，人機交互能力強。我公司采用的無線通訊系統(tǒng)組成見圖1（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖），硬件主要由以下5部分組成：

　　A、1臺主站可編程控制器CPU226 + EM223 + EM222，一臺MM430變頻器；

　　B、3臺從站可編程控制器CPU222 + EM231（1塊四路模擬量輸人模塊）；

　　C、4套GPRS DTU通訊模塊 + 4張移動SIM卡；

　　D、1臺工業(yè)計算機（上位機） + 1套“StoneView”組態(tài)軟件；

　　E、2面主站操作顯示屏+1面主站控制柜+3面從站控制柜。

　　我公司選擇了西門子S7-200系列PLC控制器CPU226和CPU222。CPU226自身帶兩個可定義通訊口、24DI／16DO，可擴(kuò)展7個模塊；CPU222帶1個可定義通訊口、8DI／6DO，可擴(kuò)展2個模塊(詳細(xì)內(nèi)容參見S7—200 編程手冊)。工控機使用PPI協(xié)議與主站CPU226 通訊，主站CPU226與從站CPU222采用modbus協(xié)議通過GPRS DTU無線終端進(jìn)行實時通訊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　GPRS恒壓供水系統(tǒng)在功能上由三部分組成：調(diào)度主站及HMI管理部分、GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分、遠(yuǎn)程水源從站部分。

　　A、調(diào)度主站及HMI管理部分：主站CPU226實時采集液位、流量、壓力等模擬數(shù)據(jù)，采用PID控制方式控制多臺水泵的工頻、變頻切換，實現(xiàn)了恒壓供水的控制。管理功能強大，能夠定時通過“GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分”向“遠(yuǎn)程水源從站”CPU222發(fā)送控制、輪詢命令。HMI管理擁有人性化的集中管理界面，直觀、方便，可以完成自動手動控制、報警控制、數(shù)據(jù)管理、報表管理等功能。

　　B、遠(yuǎn)程水源從站部分：從站采用小型PLC-CPU222控制，可以實現(xiàn)手動／自動控制切換，可以完成遠(yuǎn)程就地控制，并且可以完成長期無人值守。

　　C、GPRS數(shù)據(jù)傳輸部分：采用1個主站無線MODEM模塊，3個從站DTU模塊，共4張SIM卡，租用中國移動的GPRS通道，包月上網(wǎng)。

　　2、控制原理

　　主站CPU226通過超聲波液位計探測集水池連續(xù)液位，并根據(jù)各站水泵給水能力實時判斷開啟一組或多組水泵。為保障水泵壽命我們制作了一開泵矩陣，令水泵輪流給水，并根據(jù)管道的延遲，利用二次儀表的回差功能在所設(shè)定液位到達(dá)前自動停泵。主站實時判斷從站是否出現(xiàn)設(shè)備故障及通訊故障，如出現(xiàn)故障即采取聲光報警、解鎖，清除從站水泵開泵條件，并在上位機顯示記錄。另外操作顯示屏顯示集水池水位、每臺泵的備妥信息（設(shè)備通電并準(zhǔn)備好）、應(yīng)答狀態(tài)（設(shè)備運行與否）、故障信息等，操作顯示屏上還設(shè)置了單臺泵的啟／停按鈕、每組泵的手動／自動切換按鈕、每組水泵的啟／停按鈕及外輸泵的啟／停按鈕等，操作開關(guān)均有手動／自動狀態(tài)可選擇。顯示屏上的指示燈指示泵的運行狀態(tài)、報警信息及狀態(tài)（顯示屏上所有信息均作為上位計算機系統(tǒng)的后備系統(tǒng)）。從站的擴(kuò)展模擬量輸入模塊采集水泵工作電流，開關(guān)量模塊檢測運行狀態(tài)、報警狀態(tài)。每個從站作為實時控制系統(tǒng)的一個節(jié)點，實時*主站的操作命令，并將設(shè)備的狀態(tài)信息發(fā)送給主站。若有異常，立即停泵，并將信息在主站輪詢過程中發(fā)回給主站，同時將主站開泵操作命令清除。GPRS模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳及下發(fā)。上位機負(fù)責(zé)從主站讀取數(shù)據(jù)并以人性化的圖形界面顯示并存儲，將各模擬量信息以曲線方式加以記錄，開關(guān)量信息以表格方式加以記錄；記錄報警信息、原因、時間等。操作人員可通過上位機上的軟操作按鈕手動開啟某一組或多組子站水泵。該機自動生成班、月報表，并將數(shù)據(jù)（實時、歷史、報警）采用OPC方式通過局域網(wǎng)上傳給調(diào)度站。

　　綜上所述，系統(tǒng)在功能、控制原理上分五個功能單元組成：數(shù)據(jù)處理單元、報警處理單元、通訊單元和自動控制單元，見圖2 （控制原理圖）。

圖2 控制原理圖

　　3、系統(tǒng)實現(xiàn)

　　3.1組態(tài)系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　計算機技術(shù)及通信技術(shù)的飛速發(fā)展，為工業(yè)開辟了廣闊的發(fā)展空間，用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng)，“StoneView”在這方面提供了強有力的支持。

　　“StoneView”把核心監(jiān)控功能作為一個對象封裝起來，是一套恒壓供水控制系統(tǒng)的管理中心、調(diào)度中心?？梢酝瓿烧麄€系統(tǒng)的調(diào)度功能，顯示現(xiàn)場設(shè)備運行情況，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)存儲，報警輸出，報表打印等功能，并提供OPC接口與遠(yuǎn)方調(diào)度站進(jìn)行實時數(shù)據(jù)通訊?！癝toneView”安裝在一臺工控機上，使用兩個顯示卡，并擴(kuò)展成兩個組態(tài)畫面，每個畫面顯示不同的內(nèi)容，并進(jìn)行切換，其組態(tài)畫面如下：

圖3 組態(tài)畫面

　　3.2 PLC程序的實現(xiàn)

　　水廠供水要保持水壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，但城市用水量是動態(tài)的，白天用水量大，晚上用水量小。如何保證供水量波動時水壓恒定是一個必須解決的問題。本文采用S7-200PLC、西門子MM430變頻器等組成全自動恒壓供水控制系統(tǒng)主站，根據(jù)管網(wǎng)壓力自動調(diào)節(jié)供水流量，使管網(wǎng)壓力恒定。