基于GPRS的恒壓供水系統

　　引言

　　恒壓供水在民用、工業(yè)領(lǐng)域中應用廣泛，但使用老式控制系統難以得到良好的壓力控制、難以對遠方多個(gè)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，操作復雜，造成人力物力浪費。

　　基于“集中管理，分散控制”的模式，數字化、信息化環(huán)保工程的思想，我公司開(kāi)發(fā)了這套基于GPRS的恒壓供水控制系統，并著(zhù)眼于“管控一體化”信息系統的建設，建立一個(gè)先進(jìn)、可靠、高效、安全且便于進(jìn)一步擴充的集過(guò)程控制、監視、無(wú)線(xiàn)控制和計算機控制于一體并且具備良好開(kāi)放性的監控系統，完成對整個(gè)工藝過(guò)程及全部生產(chǎn)設備的監測與自動(dòng)控制，實(shí)現“現場(chǎng)無(wú)人值守，少人值班，智能調節”的目標。

　　1、系統構成

　　設計的時(shí)候，在確保先進(jìn)、可靠、開(kāi)放、安全的前提下，始終堅持控制成本的原則。本套系統自動(dòng)化程度高，人機交互能力強。我公司采用的無(wú)線(xiàn)通訊系統組成見(jiàn)圖1（系統結構圖），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(dòng)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(mén)子S7-200系列PLC控制器CPU226和CPU222。CPU226自身帶兩個(gè)可定義通訊口、24DI／16DO，可擴展7個(gè)模塊；CPU222帶1個(gè)可定義通訊口、8DI／6DO，可擴展2個(gè)模塊(詳細內容參見(jiàn)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(guò)GPRS DTU無(wú)線(xiàn)終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。

圖1 系統結構圖

　　GPRS恒壓供水系統在功能上由三部分組成：調度主站及HMI管理部分、GPRS數據傳輸部分、遠程水源從站部分。

　　A、調度主站及HMI管理部分：主站CPU226實(shí)時(shí)采集液位、流量、壓力等模擬數據，采用PID控制方式控制多臺水泵的工頻、變頻切換，實(shí)現了恒壓供水的控制。管理功能強大，能夠定時(shí)通過(guò)“GPRS數據傳輸部分”向“遠程水源從站”CPU222發(fā)送控制、輪詢(xún)命令。HMI管理?yè)碛腥诵曰募泄芾斫缑?，直觀(guān)、方便，可以完成自動(dòng)手動(dòng)控制、報警控制、數據管理、報表管理等功能。

　　B、遠程水源從站部分：從站采用小型PLC-CPU222控制，可以實(shí)現手動(dòng)／自動(dòng)控制切換，可以完成遠程就地控制，并且可以完成長(cháng)期無(wú)人值守。

　　C、GPRS數據傳輸部分：采用1個(gè)主站無(wú)線(xiàn)MODEM模塊，3個(gè)從站DTU模塊，共4張SIM卡，租用中國移動(dòng)的GPRS通道，包月上網(wǎng)。

　　2、控制原理

　　主站CPU226通過(guò)超聲波液位計探測集水池連續液位，并根據各站水泵給水能力實(shí)時(shí)判斷開(kāi)啟一組或多組水泵。為保障水泵壽命我們制作了一開(kāi)泵矩陣，令水泵輪流給水，并根據管道的延遲，利用二次儀表的回差功能在所設定液位到達前自動(dòng)停泵。主站實(shí)時(shí)判斷從站是否出現設備故障及通訊故障，如出現故障即采取聲光報警、解鎖，清除從站水泵開(kāi)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（設備通電并準備好）、應答狀態(tài)（設備運行與否）、故障信息等，操作顯示屏上還設置了單臺泵的啟／停按鈕、每組泵的手動(dòng)／自動(dòng)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(kāi)關(guān)均有手動(dòng)／自動(dòng)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的后備系統）。從站的擴展模擬量輸入模塊采集水泵工作電流，開(kāi)關(guān)量模塊檢測運行狀態(tài)、報警狀態(tài)。每個(gè)從站作為實(shí)時(shí)控制系統的一個(gè)節點(diǎn)，實(shí)時(shí)*主站的操作命令，并將設備的狀態(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(xún)過(guò)程中發(fā)回給主站，同時(shí)將主站開(kāi)泵操作命令清除。GPRS模塊負責數據的上傳及下發(fā)。上位機負責從主站讀取數據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(xiàn)方式加以記錄，開(kāi)關(guān)量信息以表格方式加以記錄；記錄報警信息、原因、時(shí)間等。操作人員可通過(guò)上位機上的軟操作按鈕手動(dòng)開(kāi)啟某一組或多組子站水泵。該機自動(dòng)生成班、月報表，并將數據（實(shí)時(shí)、歷史、報警）采用OPC方式通過(guò)局域網(wǎng)上傳給調度站。

　　綜上所述，系統在功能、控制原理上分五個(gè)功能單元組成：數據處理單元、報警處理單元、通訊單元和自動(dòng)控制單元，見(jiàn)圖2 （控制原理圖）。

圖2 控制原理圖

　　3、系統實(shí)現

　　3.1組態(tài)系統的實(shí)現

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

　　“StoneView”把核心監控功能作為一個(gè)對象封裝起來(lái)，是一套恒壓供水控制系統的管理中心、調度中心?？梢酝瓿烧麄€(gè)系統的調度功能，顯示現場(chǎng)設備運行情況，實(shí)現歷史數據存儲，報警輸出，報表打印等功能，并提供OPC接口與遠方調度站進(jìn)行實(shí)時(shí)數據通訊?！癝toneView”安裝在一臺工控機上，使用兩個(gè)顯示卡，并擴展成兩個(gè)組態(tài)畫(huà)面，每個(gè)畫(huà)面顯示不同的內容，并進(jìn)行切換，其組態(tài)畫(huà)面如下：

圖3 組態(tài)畫(huà)面

　　3.2 PLC程序的實(shí)現

　　水廠(chǎng)供水要保持水壓穩定在一定范圍內，但城市用水量是動(dòng)態(tài)的，白天用水量大，晚上用水量小。如何保證供水量波動(dòng)時(shí)水壓恒定是一個(gè)必須解決的問(wèn)題。本文采用S7-200PLC、西門(mén)子MM430變頻器等組成全自動(dòng)恒壓供水控制系統主站，根據管網(wǎng)壓力自動(dòng)調節供水流量，使管網(wǎng)壓力恒定。