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24

Feb

2012

水情自动测报系统

  

    基于LM的水情自动测报系统采用传感器、无线(或有线)通讯、计算机及遥测遥控等技术,在流域内实现实时水情、水资源信息自动数据采集、传输、处理入库等,为防汛指挥和水资源调度提供信息。

系统组成

    水情自动测报系统由遥测站、(中继站)、中心站以及通讯线路组成。水文遥测站主要由传感器、遥测终端(LM)、防雷装置、电源、通讯设备等组成;中继站设备与遥测站基本相同,区别在于中继站功耗大;中心站由中心控制终端、各类服务器、通讯设备、稳压电源以及中心站软件包等组成。

系统功能

参数设置

    能现场设置遥测站站号、雨量初值、采样时间、报平安时间、传感器类别等遥测站参数,能现场对传感器进行动态测试,也可人工置数。

数据采集

    遥测站完成相关水雨情监测数据的自动化采集,重点是对库区降雨量、流量、水位数据的自动化采集、监测数据预处理。

雨量自报

    当LM测试到雨量计发出1个脉冲信号(1mm雨量)后,累加、存储雨量数据,然后向中心站发送最新雨量。

水位自报

    遥测站按设定的采样周期(时间)(缺省为5min)采集水位数据,当水位发生一定的变化(≥1cm)后,立即向中心站发送最新水位信息。

状态自报

    遥测站按设定的自报定时周期(时间)(缺省为2h)采集电池电压信息和设备环境温度信息以及遥测站其它工作状态信息,并向中心站发送。

 数据接收、处理

中心站软件负责实时接收遥测站发来的水文数据包,自动检查数据的帧格式,并进行合理性判断,分类自动存贮。将最近来报的N条记录按来报时间以表格的形式显示在数据采集窗口,便于用户分析查看。通过系统设置,可输入保存立即数的记录数(N=100 ~ 1000),当累计记录数超过此值时,最前的记录自动删除。自动绘制水位流量关系曲线

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Fri

24

Feb

2012

灌区调度自动化系统

 

    基于LK的灌区自动化监测调度系统利用计算机技术、多媒体技术、现代通讯技术和科学计算技术,从气象、雨情、水情、供水等信息自动采集、传输、存储处理入手,对水库灌区的各种资源实施动态监测、实时优化配置和调度,系统由监测子系统、调度子系统和数据管理子系统三部分组成。

    其中监测子系统主要完成水情、雨情和工情信息的实时监测,实现水位、降水、流量等水文信息的自动采集,并通过数据传输模块将信息实时传输到数据库,为调度计算进行数据准备;调度子系统进行模型库的建立、维护和运行管理,根据实际要求,利用存储的模型和数据,完成数据处理和计算,制定调度计划;数据管理子系统的主要功能是存储属性数据和空间数据,对数据进行录入、删除、修改、存储、检索、排序和统计等管理。

主要特点

软件以多种硬件平台,基于工业标准的操作平台开发而成

提供整体解决方案,便于统一设计、统一生产、统一维护等

整个系统全部可采用快速以太网进行数据通讯,稳定性和实时性强

重要部件可冗余配置,使系统具有高可靠性

数据处理能力强,响应速度快

系统维护能力强,减轻用户负担

开放式系统设计,软硬件均可升级

系统功能

数据采集和处理

监视和控制

统计、记录和打印

通信控制

闸站运行管理

系统诊断

系统多媒体演示

电话语音查询功能

视频监视功能

系统性能指标

1 可靠性

平均故障间隔时间(MTBF):

主计算机(含磁盘) 27000h

现地控制单元       35000h

可利用率:

计算机监控系统可利用率保证  99.9%可维护性:

设备平均故障排除时间(现场有备件) 0.5h

2 实时性

数据采集的实时性

电气模拟量采集周期  1s

非电气模拟量(不包括温度)采集周期  2s

状态和报警点采集周期  100ms

事件顺序记录点(SOE)分辨率   1ms

控制响应时间

LCU接受控制命令响应时间        1s

人机接口响应时间

调用新画面的响应时间(90%画面) 1s

已显示画面上动态数据刷新时间     1s

操作员命令发出到显示响应时间     2s

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Fri

24

Feb

2012

闸门计算机监控系统

 

闸门计算机监控系统用于水利、航运、供排水系统的各种闸门以及水力发电厂的机组工作闸门、泄洪闸门、冲沙洞闸门的自动化控制与远程调度,主要通过检测闸门上、下游水位、闸门荷重、闸门启闭状态与开度、图像信息采集与传输,达到能够在监控中心远程控制闸门启闭以及闸门自动控制和系统联动;通过实时图像可以直观了解闸门的运行工况以及周边环境的目的。

系统结构

    基于LK的闸门计算机监控系统主要分为系统中央控制室(监控中心)和闸门现场监控装置两部分。监控中心由监控计算机、系统监控软件平台、计算机网络平台及应用软件组成。闸门现场监控装置由闸门现地控制单元(LCU)、现场监测仪表、信息传输通道等部分组成。

基于光纤网络的通讯,在各个终端与中心站(管理中心)之间建立局域网完成数据通讯。光纤具有可靠性高、数据传输稳定、维护费用低等特点,是实施远程可靠数据传输较为合理的方案。

系统功能

实时数据采集、处理

友善的人机界面,具备丰富详实的各种画面和报表

智能语音报警和动态显示

可视化顺控流程,生动形象地反映控制过程

先进完备的组态工具:系统的组态、修改和扩充极为方便

实现对闸门的现地、集控、远方等多级调度和控制

人工、半自动、自动三种运行方式,适应任何复杂环境和处理要求

完善的软件、硬件多重闭锁和保护功能

完备的统计和报表功能

远程诊断和维护,使系统故障得到快速恢复

先进的水库和流域自动化调度功能,利于实现科学决策、管理和最优调度

系统特点

先进、成熟的全分布、开放式系统,易于扩充和升级,充分保护用户投资

模块化、结构化的软件设计

中央控制室集中管理、控制,达到现场无人职守。

显示全部闸门位置图形,模拟显示二次回路控制状态,并能打印当前各闸门的开度值。闸门升降记录的统计以及各种故障的记录。

现场的管理、控制,既可在中控室完成,也可在现地灵活的处理。

各种报警功能、保护功能非常完善,从而达到了安全控制的目的。

系统性能指标

1 系统实时性

1.1 数据采集时间

电气模拟量采集周期    1s

非电气模拟量采集周期  1s

状态点采集周期        1s

事件顺序分辨率        1ms

1.2 控制相应时间

控制命令回答相应时间             1s

接受控制命令到执行控制的响应时间 1s

1.3 人机接口响应时间

调用新画面的响应时间      1s

动态数据刷新时间          1s

操作员命令发出到显示回答  1s

2 可靠性

全系统MTBF              >30000h

主计算机及磁盘设备MTBF  >20000h

现地控制单元MTBF        >40000h

MTTR(有备件)           <1h

3 抗干扰能力

浪涌抑制能力(SWC)

1~1.5MHz衰减振荡:2.5kV

1.2/50μs冲击波:   5kV

无线电干扰(RI)

30~500MHz         10V/m

本系统设备的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)分别按射频干扰等级1级考虑

静电干扰(ESD)

ESD   150pF~150Ω  8kV

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24

Feb

2012

泵站计算机监控系统

 

基于LK的泵站计算机监控系统是集监视、测量、控制、保护、管理等于一体的计算机综合自动化系统,主要对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制,保证泵站更加安全、可靠、经济地运行,实现泵站“无人职守、少人值班”的目标,并能通过计算机网络实现将泵站运行数据和状态实时上传至上级主管部门。

系统结构

基于LK的泵站计算机控制系统采用分层分布开放式系统,设泵站级和现地控制单元级。现地控制单元(LCU)核心设备为和利时公司LK系列PLC,分别对10台泵机组及1套辅助设备的运行工况、状态、参数进行采集,并根据操作规程及经济运行工况进行分散控制;泵站控制室对整个泵站控制系统进行集中管理。

系统功能

泵站主机实现自动开、停机

叶片、励磁机进行自动调节

泵站辅助设备(油、气、水)自动开、停机

自动统计主、辅机的电量、开关量

事故报警及事故自动记录

自动生成实时数据库与历史数据库

实时显示主、辅机及设备运行参数与状态

打印各类报表、曲线图

友好的人机界面

远程诊断与维护

系统特点

分布式网络结构,系统配置灵活,易于扩充与升级

面向对象设计

丰富多彩的图形界面,支持ActiveX控件

高效、直观的可视化顺控流程

智能化报警处理

丰富的组态工具

先进的现场总线技术

Web服务器浏览功能

支持主流通信规约,与其它系统无缝连接

强大的关系型历史数据库,遵循SQLODBC开放接口标准

系统性能指标

1 系统实时性

1.1 数据采集时间

电气模拟量采集周期    1s

 非电气模拟量采集周期  1s

状态点采集周期        1s

事件顺序分辨率        1ms

1.2 控制相应时间

控制命令回答相应时间             1s

接受控制命令到执行控制的响应时间 1s

1.3 人机接口响应时间

调用新画面的响应时间      1s

动态数据刷新时间          1s

操作员命令发出到显示回答  1s

2 可靠性

全系统MTBF              >30000h

主计算机及磁盘设备MTBF  >20000h

现地控制单元MTBF        >40000h

MTTR(有备件)           <1h

3 抗干扰能力

浪涌抑制能力(SWC)

1~1.5MHz衰减振荡:2.5kV

1.2/50μs冲击波:   5kV

无线电干扰(RI)

30~500MHz         10V/m

本系统设备的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)分别按射频干扰等级1级考虑

静电干扰(ESD)

ESD   150pF~150Ω  8kV

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24

Feb

2012

水电厂计算机监控系统

 

水电厂计算机监控系统主要包括水轮发电机组监控系统、开关站控制系统、水电站公用设备控制系统、水电站闸门自动控制系统等。通过开放、模块化的结构设计,实现对水电厂生产过程的监视、数据采集、控制和调节,实现对机组、变压器、线路等电气设备及全厂油、气、水系统等辅机的监控和保护功能。

系统结构

基于LK的水电厂计算机监控系统采用开放的总线型网络系统,具有良好的扩充性,可根据用户的需要,灵活配置,例如可配置成最简单的单机单网系统,或配置为多机多网冗余系统,也可配置成多厂的复合网络系统。系统一般分为全厂控制层(PCL)和现地控制层(LCL)两层。对于梯级水电站的计算机监控系统,则可再设一个梯级调度控制层(CCL:Cascade Control Layer)

根据系统可靠性或功能要求,PCL层可配置一至两台数据库服务器,完成系统的应用计算与历史数据库管理工作,一至多台人机联系工作站,实现生产过程的监视与控制,实现对电站的自动管理。系统设有若干台通讯服务器,负责本系统同其它系统的通讯,如网调、省调、水情测报系统、以及电厂内部的其他智能数据采集功能装置等。PCL层还可选配事故语音报警装置,可同电话系统、传呼系统联网,作为水电站“无人值班”(少人值守)自动化系统的必备选件。另外,还可设置工程师工作站,培训仿真工作站,厂长终端等。

根据用户要求,本系统还可配制大屏幕投影系统或大屏幕电子显示屏。

现地控制单元层采用按单元分布的原则,一般每台发电机变压器组各设一个LCU,开关站设一个LCU,厂用电及全厂公用设备共设一个LCU,闸门控制设一套LCU。若有模拟屏,则应设一个模拟屏驱动LCU

根据机组装机容量的大小,机组现地有人值班与否,对LCU的可靠性要求也不同。为提高LCU的可靠性,一般可采用结构冗余的方式。可在影响LCU可靠性的每一个环节采取改进措施,如CPUI/O机箱电源、通讯模块、I/O模块、机柜电源等,可进行双冗余配置。根据目前应用经验,一般采用较多的冗余措施有双CPU配置,I/O机箱配置冗余电源,机柜采用交直流电源供电,双通讯模块或接口等。

系统内部各节点采用开放的以太网总线联接。网络通讯介质可采用光纤、同轴电缆或双绞线。根据电站规模、现场条件、对可靠性要求等情况,可采用单总线或冗余多总线的系统结构。

系统与站级监控系统可采用不同的通讯技术联网,如快速以太网、SDH、广域网等,介质采用光纤或微波。

系统内部采用统一实时时钟,使系统内LCU装置的CPU时钟偏差满足系统的要求,并与国际标准时间保持一定的精度。

  

系统功能

基于LK的水电厂计算机监控系统是一个完整的高可靠性水电站实时闭环过程控制系统,可满足各种水电厂“无人值班”(少人值守)对计算机监控系统的功能要求,软件模块化结构,配置及扩充方便。其主要功能包括:

对各主要机电设备运行参数的监视和记录

事件顺序记录

事故追忆记录

有功功率联合控制(AGC)无功功率联合控制(AVC)

控制和调节机组保护和线路保护

厂用电源备自投

人机联系

电厂设备运行管理

系统通信

语音报警及ON-CALL功能

仿真培训

WEB远程访问

模拟显示屏

统计和制表打印

故障自诊断和自恢复功能

  

系统特点

系统的软件平台可采用UNIX/WINDOWS 2000操作系统

软件以多种硬件平台,基于工业标准的操作平台开发而成

全站采用以太网方式相互交换数据

对重要部件可作冗余配置,使系统具有高可靠性

数据处理能力强,响应速度快、稳定

允许LCU设备、测点在线投退

系统维护能力强,减轻用户负担

开放式系统设计,软硬件均可升级

通过“开放的数据库联接(ODBC0”与标准数据库(SQL SERVER,ORACLE,SYBASE等)联接,可与MIS系统交换数据

二次自动化系统设备一体化

统一设计、统一维护性强

面向对象设计

高效、直观的可视化顺控流程

智能化的报警处理

先进的现场总线技术

支持各主流通信规约,与其它系统无缝连接

 

系统性能指标

1 环境相容性

 

基于LK的水电厂计算机监控系统设备能适应水电站的特殊环境。温度、相对湿度、尘埃、振动、冲击、噪音及电磁干扰等指标满足《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的要求。

 

2可靠性

 

平均故障间隔时间(MTBF):

主计算机(含磁盘)≥35000h

现地控制单元≥45000h

可利用率:

计算机监控系统可利用率保证 99.9%

可维护性:

设备平均故障排除时间(现场有备件)≤0.5h

 

3 实时性

 

数据采集的实时性:

电气模拟量采集周期 1s

非电气模拟量(不包括温度)采集周期 2s

状态和报警点采集周期 100ms

事件顺序记录点(SOE)分辨率 1ms

LCU采集的变化数据到实时数据库时间 2s

控制响应时间:

LCU接受控制命令响应时间 1s

人机接口响应时间:

调用新画面的响应时间 1s(90%画面)

已显示画面上动态数据刷新时间 1s

操作员命令发出到显示响应时间 2s

报警或事件发生到画面显示发出音响时间 2s

主控层控制功能响应时间:

有功功率联合控制任务执行周期 3~15s

无功功率联合控制任务执行周期 6s~3min

调度系统数据采集和控制响应时间 满足调度要求

双机切换时间:保证实时任务不中断

 

4 安全性

 

操作安全性:

对系统每一功能和操作提供校核;

当操作有误时能自动或手动地被禁止并报警;

自动或手动操作可作存贮记录;

根据需要在人机通信中设操作员控制权口令不低于3级;

按控制层次实现操作闭锁,其优先权顺序为:现地控制单元级>电站级>远方调度级。

通信安全性:

系统设计保证信息中的一个信息量错误不会导致系统关键性故障(使外部设备误动作,或造成系统主要功能的故障或系统作业的故障等);

计算机监控系统与调度系统的远程通信的信息出错控制与通信规约一致;

电站级和现地控制单元级装置的通信包括控制信息时,对响应有效信息或没有响应有效信息有明确的指示。当通信尝试失败时,发送站能自动重发该信息,直到超过重发计数(一般为23次)为止。

当个别通道超过重发极限时,发出适当的警报;

为证实通道正常,定期地通过测试信息检查或通过正常使用进行校核。

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24

Feb

2012

LM系列PLC在农用液压打包机上的应用

 

摘要:本文介绍了和利时公司 LM系列PLC在农用液压打包机上的应用。

关键词:液压打包机、PLC

Abstract: The application of  LM Series PLC in hydraulic pressing machine is presented in this paper.

Keyword: Hydraulic pressing machine, PLC
 

1 . 前言

在工业应用领域,大部分机械设备都采用先进、实用的控制产品对生产过程进行控制,以提高设备运行的可靠性和生产效率。但是,在农业应用领域,由于农机设备运行环境恶劣、操作人员技术水平偏低,绝大部分机械设备没有采用先进的控制产品,而是采用传统的手工操作和继电器控制。
  中国是个农业大国,农机设备遍布大江南北。把性能稳定、质量可靠、功能强大的控制产品应用到市场巨大的农机设备中,对提高我国农业的自动化水平和农机企业的市场竞争力将会产生十分积极的影响。
  本文介绍了和利时公司新一代小型一体化PLC在农用液压打包机上的应用,该应用在提高农机设备自动化方面取得了很好效果,具有很好的推广价值。

2 . 系统概述

山东某液压机械制造有限公司是国内液压打包机械的龙头企业,其生产的液压打包机行销海内外,得到用户的普遍好评。液压打包机广泛应用于棉纤维、亚麻、羊毛、纸边、服装、布匹、毛巾、麦草等松散物资的打包,为农用物质的仓储和运输提供了极大的方便。由于液压打包机一般应用在环境恶劣的室外或污染严重的生产现场,故对控制产品提出了较高要求。以前曾有自动化公司采用某国外品牌PLC对液压打包机的电气控制部分进行改造,但应用效果欠佳。我们对机器运行环境进行了现场考察和反复研究,充分考虑到了现场环境的恶劣性,在可靠性、稳定性等方面做了大量工作,提出了基于 LM系列PLC的控制系统。实际运行效果表明,该控制方案达到了预期效果,大大提高了设备的自动化水平。

液压打包机控制系统由核心控制单元PLC和用于操作的人机界面组成,核心控制单元应用和利时公司的LM系列小型PLC,人机界面采用深圳人机电子有限公司的新一代文本显示器MD204L。PLC包括1块24点CPU模块LM3107和1块8路继电器输出模块LM3222,输入、输出信号详见表1。

表1 I/O地址分配表


 

3 . 系统功能

采用PLC控制的液压打包机可以实现自动脱包、自动提箱、自动转体、自动踩棉等功能,并能对生产过程进行实时监控,完成自动诊断、自动报警和数据上传等功能。为提高电气控制系统的可靠性,根据客户的实际需求,将经常出现故障的所有可以替换的开关按钮全部转移到人机界面上,包括油泵的启动/停止、踩箱的启动/停止、油缸的上升/下降/停止、提箱、开门、关门等操作按钮。另外,时间继电器的时间也在人机界面上设定,包括油泵电机启动延时继电器、踩箱电机避起延时继电器、踩箱电机断电延时继电器和油缸上升缓冲延时继电器。

液压打包机的控制部分包括油泵电机控制回路、踩箱电机控制回路、升降控制回路、提箱控制回路、预缷控制回路和开关门控制回路等,下面对各控制回路分别进行介绍。

油泵电机控制回路:通过文本显示器控制键盘的按键操作,按下“泵起”油泵电机的启动按钮,主接触器C1和Y接触器C2接通,同时油泵电机启动延时继电器,通过读取文本显示器上的时间值,并开始计时。时间到则Y接触器C2断开,同时△接触器C3接通,PLC的C2与C3两点互锁。按下“泵停”油泵电机的停止按钮,油泵电机正常停机。当电机发生过载或是有堵转情况发生时,主油泵热保护继电器RJ开关闭合,通过PLC程序控制主接触器C1立即断开,处于保护状态。故障排除后,重新启动、重新开机。当油缸超过上限或下限时,HC1和HC2都要在PLC程序控制中加以保护。通过设定油泵电机启动延时继电器的值可以任意改变Y—Δ启动转换的时间,保证最佳转换状态。加上多重互锁和自锁,完成油泵电机的正常启动和运转,同时有指示灯显示电机的运转状态。

踩箱电机控制回路:通过文本显示器控制键盘的按键操作,按下“踩起”踩箱电机的启动按钮,踩箱过程开始,踩箱指示灯点亮,踩箱电机接触器C4接通,同时踩箱电机避起延时继电器读取文本显示器上的时间值,并开始计时。时间到,触发PLC内部中间继电器,踩箱结束,蜂鸣器H接通告知,同时踩箱电机断电延时继电器读取文本显示器上的时间值,并开始计时。时间到,循环结束,踩箱电机与蜂鸣器H停止复位。按下“踩停”踩箱电机的停止按钮,所有的时间继电器及中间继电器均复位,踩箱电机停止。我们可以对精度高达1ms的踩箱电机避起延时继电器和踩箱电机断电延时继电器任意调整,根据不同的工作状况选取不同值,极大地方便了用户操作,显著提高了生产效率。

上升、下降控制回路:上升与下降是两个相反的控制过程,由程序设计为互锁,以保证动作统一、安全。通过文本显示器控制键盘的按键操作,按下“上升”或“下降”按钮,箱体按程序动作,开始上升或下降,达到工艺要求。

提箱控制回路:系统提箱的控制必须保证在上升结束后进行,通过文本显示器控制键盘的按键操作,按下“提箱”按钮,提箱开始,当达到箱体上限位时,即为提箱结束。

预卸控制回路:按照工艺要求,预卸控制必须是在上升或提箱时间段以前进行。预卸全过程完全由PLC程序自动进行,油缸上升时即为预卸工序开始。读取文本显示器上的油缸上升缓冲延时继电器的时间设定值,同时开始计时,时间到预卸结束。

开门、关门控制回路:开门和关门是两个相反的控制过程,分别由文本显示器上的“开门”和“关门”操作按钮控制,内部中间继电器ZJ6和ZJ7互锁,分别完成开门和关门动作。

系统流程图如图1所示。

图1  系统流程图

人机界面上的主操作画面和时间设定画面如图2和图3所示。



图2 液压打包机操作画面



图3 液压打包机设定画面

4 . 结束语

该控制系统已经成功应用在农用液压打包机上,降低了操作人员的工作强度,提高了设备运行效率和安全性,降低了能源消耗,提高了产品质量。从液压打包机在现场的运行情况来看,和利时的小型一体化PLC质量可靠、运行稳定、运行效果良好,能适应农机现场的恶劣环境,在提高农机设备自动化方面取得了很好效果,具有很好的推广价值。

 

参考文献 

[1]杭州和利时自动化有限公司 LM系列PLC硬件手册,2006

[2]杭州和利时自动化有限公司 LM系列PLC软件手册,2006

[3]杭州和利时自动化有限公司 LM系列PLC指令手册,2006

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24

Feb

2012

采用LM系列PLC实现多台控制器远程拨号通讯

摘 要本文提出了多台控制器使用1Modem1条电话线与远程PC之间进行通信的方案。该方案充分利用了和利时LM系列PLC的通讯功能。在描述系统方案的同时重点阐述了关键设备PLC的具体应用及参数设置。该系统成功应用于中央空调远程监控系统,应用效果良好。 

关键词PLC、Modem、控制器、通信 

1. 引言

随着科技的进步,人们已经不满足在现场对采集的数据进行分析处理。在很多场合,我们需要对距离很远的控制器进行监测。当距离在几千米的情况下,我们可以使用有线连接,比如采用Profibus-DP总线连接。但当距离有几百千米,甚至更远的情况下,采用上述连接方式的花费将会是惊人的,所以多采用廉价的电话通信进行数据传输。

 

2 .方案比较

通常情况下,每台控制器通过一台Modem和一条电话线连接到远程PC。远程PC与每台控制器之间占用一条通信线路,所以每次只能与一台控制器进行数据通信。该方案监控系统如图1

 

图1 控制器与远程PC通信方案一

在该方案下,每个控制器占用一个电话号码资源、一条电话线路和一台Modem。远程PC通过电话线与每个控制器分别连接,当需要与某个控制器进行数据通信时,通过拨号连接该控制器,进行数据通信。在这种情况下,如果有多个控制器需要与远程PC通信,将会占用多条电话线路。远程PC不可能同时与多台控制器进行数据通信,只能依次轮询拨号每个控制器,不仅Modem每次建立连接会耗费大量的时间,而且浪费大量的通信费用。

针对以上方案存在的弊端,本文提出一种新的方案,只采用1条电话线路和一台Modem,即可实现远程PC与所有的控制器进行数据通信

该方案监控系统如图2

 

图2 控制器与远程PC通信方案二

现场的控制器作为Modbus从站(可能是RS232接口的,也可能是RS485接口的,若是RS232接口,可以通过一个很便宜的转换设备将RS232转换成RS485),将所有的控制器挂接到485总线上,Modbus主站采用和利时公司HOLLiAS LM系列PLC的40点CPU模块LM3108。LM3108的RS485口挂接到485总线上,LM3108通过RS485口采用Modbus协议将各个控制器内需要读取的数据分别读取上来,存储在PLC对应的地址中。

LM3108的RS232接口与Modem连接,Modem通过电话线与远程PC连接。当拨号建立连接后,远程PC与LM3108之间拨号连通以后同样采用Modbus协议,此时远程PC作为Modbus主站,LM3108的RS232口作为Modbus从站,远程PC只需要取得PLC中相对应的地址中的数据即可。

PLC与远程PC建立连接可以采用两种方式:

1)PLC主动呼叫远程PC,可以在PLC中设定时间,或者设定某个触发条件,当条件满足时主动呼叫远程PC建立连接,进行通信。

2)远程PC主动呼叫PLC,远程监控人员根据需要拨号,以采集各控制器的数据。

 

3.具体案例

3.1 设备选型

1)PLC——LM3108
  LM3108是和利时公司生产的具有很高性能价格比的小型可编程序控制器,结构小巧、运行可靠、价格低廉。该PLC具备1个RS232端口和1个RS485端口,两者均可实现自由口通讯,可实现Modbus从站和Modbus主站功能。LM3108本体带有24点DI和16点DO,具有8k的自由存储空间,完全可以满足该方案的要求。

2)调制解调器——具备RS232接口的普通56K调制解调器。

3)远程PC

具备上位拨号并支持Modbus主协议软件的PC机,比如装有和利时公司SmartPro软件的PC机。

 

3.2 LM3108与Modem硬件连接

需要2个9针的公头,连接线缆定义如图3:

 图3

3 LM3108Modem连接线

LM3108连接针头1,Modem与PC之间的连接线的PC端接针头2,将两个9针头的2、3、5直连,针头2的1、7、8短接,4、6短接。

 

3.3 LM3108与Modem软件设置

LM3108提供RS232口Modbus从站功能块(SET_LOCAL_ADDRESS)、RS232口通讯参数设置功能块(Reset_COMM_PRMT)、RS232口通讯自由口参数设置功能块(Set_COMM_PRMT)、RS232口通讯自由口数据发送功能块(COMM_SEND)、RS232口通讯自由口数据接收功能块(COMM_RECEIVE)。

物理连接PLC与Modem后,若采用远程PC主动呼叫PLC,只需编程调用SET_LOCAL_ADDRESS和Reset_COMM_PRMT这两个功能块即可,PLC侧无需再作其它设置。

若采用PLC主动呼叫远程PC,则需要RS232口在自由通讯方式下使用COMM_SEND与COMM_RECEIVE同Modem进行会话。

PLC主动呼叫远程PC的程序流程图如图4:

 图4

4 PLC主动呼叫远程PC程序流程图

3.4 应用效果

本文介绍的方案已经成功应用于国内外中央空调远程监控系统,从几套系统近一年的运行情况来看,系统质量可靠、运行稳定、运行效果良好。相对传统方案,本文介绍的方案节省了大量电缆和硬件设备,具有较好的性价比,得到客户的好评。

 

结束语

本文介绍了使用小型PLC作为中转,实现远程PC服务器与多台现场设备之间的通信方案,并详细说明了其关键设备PLC的软硬件设置。该设计方案不仅可以应用于中央空调监控系统,也可广泛应用于其它行业的类似监控系统,具有广阔的应用前景。

 

参考文献

[1] 陈坚. Modem通信编程技术西安电子科技大学出版社

[2]杭州和利时自动化有限公司. LM系列PLC硬件手册,2006

[3]杭州和利时自动化有限公司. LM系列PLC软件手册,2006

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24

Feb

2012

LM系列PLC用于污水处理监控系统的无线通讯解决方案

摘 要本文针对污水处理系统,采用利时公司新一代小型一体化PLC,提出了一种新的中央监控室与污水池现场设备之间的通讯解决方案,即污水池与中央监控室之间的无线通讯解决方案。目前该系统已成功应用于污水处理现场,具有较好的性价比。 

关键词无线通讯、污水处理、DP网络 

1. 前言 

随着我国经济的高速发展和城镇化程度的不断提高,工业污水和生活污水日益增多。为维持经济的持续、健康增长和生态环境的良性循环,必须对工业及生活污水加以处理。目前,在我国主要城市和经济发达地区的城镇均已建成了各种规模的污水处理厂,但大部分经济欠发达地区的县市和小城镇没有对各类污水采取处理措施,而是直接排入附近河流。随着环保要求的不断提高,未采取污水处理措施的小城镇在未来若干年内必然会建立污水处理厂。小城镇量大面广,对污水处理设施的需求量很大。同时,受投资额的限制,这些污水处理厂更愿意采用经济、实用的产品。本文介绍的监控系统在满足污水处理设备安全、高效运行的同时具有很好的性价比,具有良好的经济、社会效益和推广前景。 

 

2 .原方案分析

在污水处理厂内,各种污水处理设备分布较分散。为监视现场设备的运行参数和运行状态,需要建立一套中央监控系统。该监控系统由现场检测、数据采集和处理、数据通讯和中央监控等部分组成,现场检测仪表检测到的设备参数和运行状态经过处理后通过计算机网络上传至中央控制室,中央控制室内的运行人员通过监控计算机监视全厂设备的运行状态。运行人员根据运行参数和设备运行状态发出各种控制指令,控制指令通过计算机网络传到现场,控制设备的相应动作。

现场需要对模拟量和开关量进行监控,主要模拟量有流量信号、液位信号、压力信号、阀门开度信号等,主要开关量信号有刮泥车和吸泥车的启动、停止、运行、到位、故障及真空泵的工作状态等等。这些现场设备与中央控制室距离较远,目前大多数监控系统由分布式I/O完成检测与控制,现场设备与中央控制室之间的数据交换大都采用DP网络连接方式,在中央控制室设置DP主站,现场设备作为DP从站挂在DP网上。系统结构简图如图1所示。一个污水处理厂包括多个现场设备,每个现场设备作为1DP从站连接到DP总线上。采用这样连结方式,现场施工工程量很大,需要架设电缆和桥架,费用较高,并且每个DP从站与DP主站之间采用有线连接,电缆容易损坏,维护起来比较麻烦。

 

图1 

图1 传统监控系统结构图

 

针对传统控制系统存在的缺点,我们提出了基于和利时公司LM系列PLC的无线解决方案。该方案的系统结构如图2所示。与传统通讯方案相比,该方案在现场设备和中央监控室间采用了无线通讯方式,具有传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、节省电缆、维护成本低等优点。

 

3.方案设计 

如图2所示,该方案采用和利时公司的小型一体化PLCCPU模块LM3107进行数据采集和传输。LM3107本身自带RS232通讯接口,通过RS232连接到天线上,天线之间采用Modbus协议,具备CRC校验,协议简单、可靠性高。通过天线,可以实现远距离Modbus无线通信,从而实现了每个污水池(Modbus从站)的数据与上位(Modbus主站)之间的数据交换。然后,Modbus主站再通过DP通讯模块接入DP总线,这样就可以实现所有现场设备(Modbus从站)与中央监控室(DP主站)之间的数据交换,完成数据采集与控制功能。

 

图2 基于和利时PLC的无线监控系统

图3为数据流程示意图,每个模块之间的通讯都是双向的。对于污水池采集上来的数据,模拟量通过模拟量输入模块LM3310输入到下位LM3107模块(Modbus从站),开关量直接输入下位LM3107模块(Modbus从站),上位采用1个LM3107CPU模块与1个LM3401DP从站模块连接到DP网络中。

下位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus从站,上位的LM3107通过RS232与无线通讯模块连接作为Modbus主站。LM3107模块支持标准的Modbus RTU协议,所以上位与下位LM3107之间采用Modbus通讯。上位的LM3107再通过LM3401DP从站模块与中央监控室进行数据交换。

无线通讯可以根据实际情况选择如下Modbus通讯参数:

校验:奇校验、偶校验、无校验
  位数:7位、8
  波特率:300bps600bps1.2Kbps2.4Kbps4.8Kbps9.6Kbps19.2Kbps38.4Kbps

 

图3 数据流程示意图

 

4 .方案优势

本文提出的解决方案具有如下优势:

1.只需要1条DP线就可以把所有污水池采集的数据传送到中心监控室DP主站,与传统通信方案相比节省了大量通讯线缆,同时也减小了线缆施工工作量,提高了系统的可靠性和可维护性。

2.采用无线通讯方式,数据传输距离长,数据利用天线透传,传输的距离与天线有关,最多5K米。

3.采用LM3107可以实现最多247个Modbus从站互联,节省了每个污水池的DP从站模块费用,取而代之的是每个污水池做为Modbus从站存在,只需要1个DP从站即可实现所有的污水池数据与中心监测站数据的交换。

 

5.结束语

经过一段时间的调试和试运行,由LM系列小型一体化PLC作为控制系统的无线监控方案已成功应用于污水处理现场。实践证明,该设计方案整体成本较低、数据传输距离长、可靠性好、抗干扰能力强、维护成本低、可操作性高,在市场中具备强有力的竞争能力,为污水处理行业增添了一套完善的解决方案。

 

参考文献

[1]杭州和利时自动化有限公司.LM系列PLC硬件手册,2006

[2]杭州和利时自动化有限公司.LM系列PLC软件手册,2006

 

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2012

LM系列PLC在中央空调监控系统中应用

    摘 要LM 系列 PLC应用于空调监控系统,并通过以太网实现了远程监视功能。达到了在中央监控室可以监视到各个现场的所有数据,改变了由原来人工抄表方式,从而节约了人力、提高了效率,增加了数据实时性和可靠性。

关键词 水源热泵;监控系统;PLC;中央液态冷热源环境系统

 

1. 引言

某空调公司中央液态冷热源环境系统是利用我国具有自主知识产权的浅层地能(热)采集技术和先进的系统成套技术,实现对建筑物的冬季供暖、夏季制冷、日常提供生活热水功能。为了更好实现对分布在全国各地的中央液态冷热源环境系统运行状况进行监视,为用户提供方便快捷的增值服务,缩短现场故障的排除时间,基于LM系列PLC建立了一套中央空调监控系统。

本系统的安装极其简单,软件系统的安装及使用也非常易懂。在维护性方面,系统的接线十分简洁,而主要设备的可靠性很高,维护性能好。

 

2.

中央液态冷热源环境系统由能量采集系统、能量提升系统和末端能量释放系统(包括生活热水系统)三部分组成。能量采集系统采用单井抽灌技术以地下水为介质,以水泵作为输送动力,将浅层中的热能采集后送入换热器,与来自能量提升系统的循环水进行热交换,使循环水不断地获得热量。

能量提升系统由蒸发器、冷凝器、压缩机和膨胀阀等组成,按热泵原理进行工作。蒸发器中的液态制冷剂吸收循环水中的热量后汽化,被电动压缩机吸入后加压,然后进入冷凝器与末端循环水进行热交换,释放出热量,同时制冷剂冷凝成液体,经膨胀阀节流降压后再次进入蒸发器,完成一次循环。

末端能量释放系统的循环水在冷凝器吸取热量后,经末端循环泵输送到风机盘管等散热设备对建筑物进行供暖或经换热器对自来水进行加热。加热后的自来水被作为生活热水输送到所需的地方。

上面是以冬季供暖过程讲述中央液态冷热源环境系统,夏季制冷过程是冬季供暖的逆过程。

 

3. 设计方案

3.1 系统总体设计方案

根据中央液态冷热源环境系统分布分散的特点,利用目前先进的网络通讯技术,实现对系统的远程监视。整个中央空调监视系统由本地监视系统和中央监视系统两部分组成。本地监视系统负责中央液态冷热源环境系统的就地监测;中央监视系统设置在公司总部,负责完成对分布全国各地的本地监视系统实时数据的采集、汇总及存储,并通过视频技术进行有效的现场数据展示,实现对多套中央液态冷热源环境系统的远程监视。

采用本地监视和远程中央监视相结合的方式,系统结构简单,运行稳定可靠;结合用户现场情况,通过Internet网络或电话拨号等多种方式建立远程连接,有效降低运营成本;功能强大的组态软件,可以灵活的满足用户的实际需求;系统维护简单、具有良好的可扩充性。系统总体结构如图1所示。

 

1 空调监控系统结构图

3.2 本地监控系统设计方案

本地监视系统由本地监测站和数据采集PLC构成。现场数据的采集是采用和利时的LM系列可编程序控制器(PLC),通过RS485串口与现场能量提升器控制系统相连,实现数据的实时采集和上传。 LM系列可编程序控制器是杭州和利时自动化有限公司推出的新一代高性能PLC产品。该产品完全由和利时公司自主设计、自主开发,它充分融合了计算机技术、通信技术、电子技术和自动控制技术的最新发展成果,全面吸收了众多自动化技术和应用专家多年来在PLC领域的技术精华。该产品在方案设计、硬件选择、软件功能、网络通讯、用户接口等方面充分考虑用户的使用习惯和应用现场的特点,是一款高性能高品质的PLC产品。通过触摸屏(TPC105-TC22H)以总线的方式分别读取各个PLC控制站的数据,其结构示意图如图2所示。

 

2 本地监控系统示意图

 

本地监测站采用MCGS人机界面(HMI),实现对中央液态冷热源环境系统的就地监视和系统管理,其主监控界面如图3所示。

 

图3 空调监控系统监控界面

3.3 远程监控系统设计方案

在本地监测站上通过OPC接口,将所监测到的数据传给OPC客户端,然后在客户端将所收到的数据通过打包成UDP格式,并通过因特网将软件包数据传送到中央监视系统,在中央控制系统接收到数据后再将打包的数据解释成本地站所读取的数据,从而达到中央控制系统与本地监控系统数据的实时性和一致性。

中央空调监视系统的数据传输方式主要有三种,即ADSL、Modem和企业专线宽带。选择哪种方式实现中央液态冷热源环境系统数据的上传,要根据用户现场的具体情况而定。总体原则是要充分利用用户现有的网络环境和上网条件,尽最大可能地降低用户端的运行成本,保证系统的可靠稳定运行。

 

4.

4.1 中央监视系统功能

在公司总部建立中央监控室,以实现对现场系统的远程集中监视和管理。

中央监控室设HiRis(实时信息系统)服务器一台和若干监控计算机。HiRis服务器与企业局域网防火墙相连,采用公网IP地址,负责现场数据的接收和存储。监控计算机上运行和利时公司的HiRis实时信息系统软件,完成对整个系统的监视管理。

可以通过Web方式进行现场组态画面和实时数据的发布和展示,这样管理者在自己的办公室就可以通过IE浏览器进行现场运行情况的浏览。

 

4.2 本地监控软件的特点及功能

MCGS是人机界面(HMI),负责系统的在线监控、操作、控制、调试、维护。完成数据显示、数据分析和操作员操作三类功能,细分为以下几个方面:

(1)实时数据的收集处理和显示。由本地监控站收集和处理来自各现场控制站的实时数据,形成上层人机界面的实时数据库;可以在流程画面上以某种形式显示这些数据,也可用在趋势的跟踪记录、报警判断等功能中。

(2)图形显示。可通过多种途径切换到各个图形页面,在画面上可以显示各种各样的平面、立体图形,还可显示有人机交互功能的各种动态对象;能够实现会话操作,完成对现场生产设备的监控。

(3)报警监视。完成报警信息的收集处理;在报警画面上分类显示报警信息。如模拟量、开关量、硬件设备和系统运行状态等。

(4)历史数据管理和趋势查看。完成历史数据的收集处理;在趋势画面上显示点值的历史变化曲线或实时变化曲线,可以设置趋势组,每一副趋势画面可显示多条曲线,同时可以查看曲线上每一采样时刻的具体值。

 

5. 总结

本文主要介绍了LM 系列PLC在空调监控系统中的应用,实时读取现场空调机组的数据和将现场数据实时地传输到中央控制室,从而实现远程监视功能,改变了以往人力抄表的状态,减轻了劳动强度,节约了成本,达到实时监视的功能。

 

参考文献

[1] 杭州和利时自动化有限公司. LM PLC硬件手册,2007

[2] 杭州和利时自动化有限公司. LM PLC软件手册,2007

监控系统功能中央液态冷热源环境系统介绍
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