張樂(lè)為

河北省石津灌區(qū)管理局

基于PLC技術(shù)的水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張樂(lè)為

河北省石津灌區(qū)管理局

在水利系統(tǒng)的運(yùn)行中，自動(dòng)化應(yīng)用一直處于一個(gè)核心位置，整個(gè)系統(tǒng)自動(dòng)化的程度甚至體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家水利工作的水平，因此水利自動(dòng)化是一個(gè)很重要的部分。而自動(dòng)化水平一般又依靠水利系統(tǒng)的管理和集中監(jiān)控的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。PLC作為一種全新的技術(shù)，可以適應(yīng)水利系統(tǒng)中的惡劣環(huán)境，相對(duì)計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)，它的穩(wěn)定性和抗干擾性有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。本文主要針對(duì)PLC技術(shù)的水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

PLC；水利系統(tǒng)；監(jiān)控系統(tǒng)

1 PLC技術(shù)概述

1.1 PLC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

最初的PLC只有一位機(jī)，發(fā)展到今天，已經(jīng)是以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC了，而且處理器的通道也實(shí)現(xiàn)了多樣化，這一變化的出現(xiàn)很大程度上得感謝集成電路等微電子技術(shù)的大規(guī)模發(fā)展。如今的PLC技術(shù)已經(jīng)比較成熟了，在原本控制力強(qiáng)、可靠性高、檢測(cè)靈活的基礎(chǔ)上又新增了數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示更清晰的特點(diǎn)，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向發(fā)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱。目前世界上的PLC生產(chǎn)廠家按照地域可劃分為美國(guó)、歐洲和日本三個(gè)主要流派，三國(guó)之中更是以美國(guó)為首。

1.2 PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

PLC技術(shù)能夠有這么大的發(fā)展與其自身的優(yōu)點(diǎn)密不可分。首先就是它的高可靠性，在水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的可靠性比什么都重要，一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，就會(huì)影響工作人員對(duì)整個(gè)水利運(yùn)行狀況的準(zhǔn)確判斷。第二大優(yōu)勢(shì)就是編程簡(jiǎn)單，使用起來(lái)很方便，梯形圖編程就可以滿足基本的需求了，與實(shí)際繼電器的控制電路非常相似，一般的水利工作者也能夠掌握這項(xiàng)技術(shù)。第三點(diǎn)就是這種技術(shù)能夠適應(yīng)環(huán)境的變化，就算是極其惡劣的環(huán)境，也能正常的工作，這是別的很多技術(shù)設(shè)備不具備的優(yōu)點(diǎn)。再來(lái)就是它的外形很小而且質(zhì)量輕，既不會(huì)占用太多的空間，也不會(huì)造成過(guò)重的負(fù)擔(dān)。

3 基于PLC技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)結(jié)合DCS、FCS、PLC，構(gòu)造控制層、設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層。以現(xiàn)場(chǎng)的總線Profibus-DP為例，PLC、I/0設(shè)備利用PLC及智能儀器來(lái)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。采用以太網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和系統(tǒng)的集控室及值班輪機(jī)員艙室、輪機(jī)長(zhǎng)室等地的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)通信。西門(mén)子Step300控制機(jī)組、每臺(tái)硬件連接、程序設(shè)計(jì)、各種智能儀器儀表、變送器、轉(zhuǎn)換器等，獨(dú)立地完成程序控制的任務(wù)。即使PLC發(fā)生了故障，也不會(huì)影響其它的控制器正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程控制級(jí)理念，即分散控制。PLC之間，由工控機(jī)上位協(xié)調(diào)來(lái)完成整個(gè)水利系統(tǒng)監(jiān)控的任務(wù)，通過(guò)以太網(wǎng)和駕駛室的操作站等聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)和上層管理級(jí)設(shè)備的聯(lián)系。

3.2 程序設(shè)計(jì)

3.2.1 組態(tài)編輯。通過(guò)WinCC工控組態(tài)軟件的圖形設(shè)計(jì)，編輯用戶界面，PLC網(wǎng)絡(luò)上獲取各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，來(lái)顯示不同的形式界面，完成一定的功能。操作員通過(guò)這些界面知道操作級(jí)別、機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行的狀態(tài)、報(bào)警信息、產(chǎn)生故障報(bào)警信息、故障顯示方式等情況。

3.2.2 程序設(shè)計(jì)。利用圖形的設(shè)計(jì)功能Win-CC設(shè)計(jì)，創(chuàng)建一系列用戶的界面，當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，操作員可通過(guò)界面顯示內(nèi)容和運(yùn)行監(jiān)控過(guò)程。用戶界面由一系列圖形、按鈕、I/O框、文本框、圖形意義、結(jié)構(gòu)按鈕、I/O框、運(yùn)行的參數(shù)、文本顯示框等組成。

3.2.3 采集和傳遞。計(jì)算機(jī)在線監(jiān)控WinCC作為過(guò)程映象，由PLC采集繞組的溫度、柴油機(jī)滑油的轉(zhuǎn)速、壓力、電流、電壓、功率、模擬量、數(shù)字量、工程化數(shù)據(jù)、標(biāo)定、數(shù)據(jù)塊、讀取數(shù)據(jù)、歸檔、圖形顯示、打印、輸出處理、顯示操作臺(tái)、故障狀態(tài)、故障判斷、故障記錄、數(shù)據(jù)功能、PLC判斷記錄、故障信息和數(shù)據(jù)、WinCC的故障記錄數(shù)據(jù)、故障信息、輸出模擬量、輸出數(shù)字等到執(zhí)行的相應(yīng)機(jī)構(gòu)。

4 水利自動(dòng)化監(jiān)管系統(tǒng)在供水工作中的應(yīng)用

4.1 水利自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在供水中，實(shí)際上是一個(gè)綜合

的供水信息管理平臺(tái)，將供水公司管轄下的多個(gè)水單元納入監(jiān)控和管理的范圍。通過(guò)這個(gè)監(jiān)管系統(tǒng)，調(diào)度中心可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)各供水單元的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，對(duì)重要的生產(chǎn)位實(shí)行監(jiān)控。

4.2 作用

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)可以將各種數(shù)據(jù)通過(guò)采集、傳輸、存貯、處理和分析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)水利運(yùn)行的實(shí)時(shí)掌控，不僅使信息的獲取速度大大提升，精確度也有了相應(yīng)的提升，對(duì)于及時(shí)的預(yù)報(bào)和決策很有效果。

4.3 主要功能

4.3.1 生產(chǎn)調(diào)度管理。能夠?qū)ιa(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)具備光纖通信的條件時(shí)，還可以對(duì)重要部位實(shí)行視頻監(jiān)控，當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)切換到視頻監(jiān)控畫(huà)面。當(dāng)水位超過(guò)警戒線等情況發(fā)生時(shí)，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)還可以發(fā)出遠(yuǎn)程警報(bào)。當(dāng)然，系統(tǒng)還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程與近程的隨意切換。

4.3.2 供水調(diào)度管理。系統(tǒng)可以對(duì)水廠的出水進(jìn)行流量和壓力的測(cè)控，對(duì)運(yùn)行的參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的校對(duì)與恢復(fù)，對(duì)各區(qū)域用水總量和用水大戶的用水量信息也能有一個(gè)比較清晰的反饋。

4.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。在對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行收集后，監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，然后自動(dòng)生成制水、供水各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的匯總報(bào)表和統(tǒng)計(jì)報(bào)表，省去了工作人員的很多麻煩。系統(tǒng)內(nèi)部還自帶有數(shù)據(jù)的分析模型，可以模擬真實(shí)情況下的運(yùn)行狀況，供調(diào)度人員作為決策參考。

5 基于PLC技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

5.1 程序設(shè)計(jì)

可以利用圖形設(shè)計(jì)功能進(jìn)行一系列用戶界面的創(chuàng)造，當(dāng)程序運(yùn)行的過(guò)程中，操作員可以通過(guò)這些界面觀察到不同設(shè)備運(yùn)行的情況，從而實(shí)現(xiàn)整體的運(yùn)行監(jiān)控。

5.2 可靠性設(shè)計(jì)

水利系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境大多數(shù)都比較惡劣，容易受到各種的干擾，這對(duì)PLC的數(shù)據(jù)接收與傳送產(chǎn)生了很大的影響，常常會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤信號(hào)的接受與數(shù)據(jù)的丟失，對(duì)整個(gè)水利系統(tǒng)的運(yùn)行造成了阻礙。所以當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸距離比較遠(yuǎn)時(shí)，可選用屏蔽外界信號(hào)的高速信號(hào)接收器或者干脆選用直接接地的方式，對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性都有不同程度的提高。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，水利自動(dòng)化的監(jiān)控技術(shù)必須依據(jù)時(shí)代的發(fā)展進(jìn)行相應(yīng)的改革，而PLC技術(shù)的運(yùn)用正好為我國(guó)的發(fā)展提供了一個(gè)契機(jī)。將網(wǎng)絡(luò)式的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)分析、監(jiān)控管理等融于一體的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性有了很好的保障。與此同時(shí)，自動(dòng)化程度的提高減輕了值班的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了人力資源的優(yōu)化，對(duì)于工作效率的提高有重大的意義。

[1]陳金成;紀(jì)超;李亞雄;李斌;王濤;劉洋，基于PLC和組態(tài)技術(shù)的機(jī)采棉加工自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]新疆農(nóng)機(jī)化，2016

[2]林力華，水利自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，[J]南理工大學(xué)，2016