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工业组态技术在源水厂监控系统中的应用

作者 :张生1 ,左思1 ,曹晖2更新时间:2012-11-12

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 (1.上海理工大学计算机工程学院,上海 200093; 2.上海奉贤绍和供水有限公司,上海 201402)
摘要:在源水厂监控系统中采用了多种硬件和软件上的工业组态技术。采用以太网和modbus现场总线作为系统集成的主干线,运用工业组态软件Intouch作为界面组态软件实现面向设备的操作,运用PLC组态工具rslogix500实现设备现场信号的组态。工业组态技术较好地实现了源水厂的监控系统,源水厂实现了在无人职守条件下进行生产。
关键词:组态;PLC;源水厂;监控系统;现场总线
中图法分类号:TP 273   文献标识码: A

引言
随着工业自动化程度的日益提高,可编程控制器(PLC)的使用越来越普及。PLC以其高可靠性、易操作性、灵活性、对现场环境要求不高而倍受青睐。但是,PLC作为单独的监控系统有其局限性,主要表现为,无法大量存储数据、无法显示各种实时曲线和历史曲线、无法显示汉字和打印汉字报表,没有良好的用户界面。随着计算机技术的飞速发展,工控组态软件的出现,弥补了PLC控制系统的不足。在工业现场大量使用的以工控组态软件为开发平台的计算机监控系统,其结构主要表现在,计算机作为监控系统中的上位机,而下位机常常选用PLC作为现场级的控制设备,用于数据采集和控制。

1 系统介绍

源水厂主要是提取源水,经过以下流程后,供给自来水厂。
图1 源水厂给水到自来水厂流程

1.1系统环境
本系统硬件方面采用了AB公司的PLC产品。软件方面采用了win2000操作系统,Intouch[2]组态软件,Rslogix500 PLC组态软件。
1.2系统网络结构
整个监控系统网络包括2个部分。
1.2.1 监控层
设有一台工控机,它通过以太网和PLC连接,利用组态软件Intouch对设备进行组态。操作人员可以对生产设备状态进行监控。出现异常状态,会有报警提示,操作人员可以相应的措施。

1.2.2 现场层
主要是PLC连接现场设备,如:液位计,流量仪等。部分设备直接通过I/O模块与PLC连接。PLC机柜里安装有的MVI46-MCM[3]模块,一方面和高配间设备相连,通过modbus协议对数据进行采集。另一方面与数据传输模块相连,同样是通过modbus协议,把数据传给数据传输模块,然后数据传输模块再将数据通过GPRS发送到调度室。PLC通过自身的梯形图逻辑以及上位机发送的指令,来进行设备的控制以及数据的采集。如图2所示。

图2 系统的网络结构


2 功能介绍
根据源水厂的工艺要求和系统特点,本监控系统主要实现了上位机的组态、PLC组态和数据通讯等功能。

2.1 上位机组态

图3 上位机组态

组态软件通过I/O驱动程序从现场I/O设备获得实时数据,对数据进行必要的加工后,一方面可以用图形的方式直观地显示在计算机的屏幕上;另一方面按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送给I/O设备,对设备进行控制。组态软件结合PLC投入使用后,可以上实现以下方面内容:
2.1.1 图形界面的形成
所需的泵,固液分离机,阀门等图符可以直接从Intouch对象元件库中选取,它提供了多种工业设备图形,对图形不满意可以对元件进行编辑,还可利用photoshop等作图工具制作自己所需的图形。
2.1.2 数据库的建立
实时数据库是Intouch工程数据交换和数据处理中心,数据变量是构成实时数据库的基本单元,建立实时数据库的过程即是定义数据变量的过程。定义数据变量的内容主要包括:数据变量的名称、类型、初始值和数值范围等。
根据系统要求把液位、流量、频率等定义成数值型,泵、阀门等开关信号定义成开关型,为了方便报警数据和数据浏览还需定义组对象,把相关数据加入到相应的组对象里面。
2.1.3 设备动画设计
由图形对象搭制而成的图形界面是精致不动的,需要对这些图形对象进行动画设计,真实的描述外界对象的状态变化,达到过程实时监控的目的。Intouch实时数据库中的数据对象建立相关性连接,并设置相应的动画属性。在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,使现场信号动态的反映到图形界面上,从而实现了图形的动画效果。例如泵、固液分离机等设备在运行状态时,界面上相应的设备图标产生动画效果,这样更加形象的表示出设备的状态。
2.1.4 报警信号
设备出现故障、参量超限等情况,都会产生报警信号。报警单元在实时生产过程中具有重要的作用。可以防止生产过程中的不必要的损失。例如:泵温度过高或者泵过流,会产生报警信号。出口压力过小,则相应的供水量不足,也会产生报警。提示操作人员开阀门,开泵,来增加出口流量,相应的提升出口压力。实时数据库只负责关于报警的判断、通知和存储三项工作,而报警产生后所需要进行的其它处理操作即对报警动作的响应,则需要在组态中实现。模块设置了开关量报警,对相应的故障进行报警,并提供报警数据与界面图形的动态连接,从而方便地实现界面的动态报警(弹出窗口,报警灯闪烁灯)、语音报警,并提供报警的记录表格。以方便工作人员查阅。
2.1.5 实时、历史趋势图,生产报表
组态软件的数据变量可以用于生成实时数据库和历史数据库,可打印数据库记录,对数据库记录进行转换和连接,生成实时趋势图和历史趋势图。将实时监测数据存储于实时数据数据库中,结合图形界面提供浏览各个历史曲线显示功能,生成历史生产报表可随时打印。
2.2 PLC组态
本系统采用AB公司的SLC500系列PLC。作为工业自动化行业中的知名品牌,AB公司的PLC具有高品质和高可靠性等特点。现场部分设备直接通过I/O模块与PLC相连,例如:液位计直接与PLC的1746-NI8模块相连,传输的是4-20mA电流信号。该模块把电信号转换为数字信号,再通过PLC内部梯形图整定,得到池内水的高度。高配间的设备则与PLC机柜里的MVI46-MCM模块连接,通过modbus协议与PLC进行通讯。例如:变频泵的电流,频率等信号都需要通过modbus协议传送给PLC。通过以太网和上位机相连,与上位机进行通讯。PLC通过自身的梯形图逻辑以及上位机发送的指令,来进行设备的控制以及数据的采集。
2.3 通讯功能
PLC机柜里安装了prosoft公司的MVI46 MCM(Modbus Communicate Modul)[3]模块,通过Modbus协议进行数据的发送,实现了两方面的作用。
(1)跟高配间进行数据的收发。读取泵的电流,功率等,可以对泵的功率进行设定;
(2)和数据传送设备(DTU)相连,DTU通过GPRS方式将数据发送给远方的调度中心。
Modbus通讯协议是施耐德公司设计的一种用于工业控制的主从结构式串口通讯协议,可用于实现简单的主从结构式网络监控。该协议具有两种传输模式:RTU模式和ASC模式,本系统采用的是RTU模式,其报文格式如表所示。
表1 报文格式

它没有起始位和停止位,而是以至少3.5个字符间隔时间(T1-T2-T3-T4)标志开始和结束。信息帧由地址域、功能域和CRC校验域构成,所有字符位由16进制数组成。本系统中PLC为主站,高配间为从站1,数据传输模块(DTU)为从站2。PLC以轮巡的方式访问从站,读取数据。PLC通过MODBUS访问从站的指令为READ_VAR,参数包括网络号、从站地址号、数据类型、数据首地址、数据个数、接收缓冲区地址和大小等。
3 结束语
本系统根据自动控制理论的思想,采用工控组态软件Intouch同时配以可靠的硬件集成系统,通过以太网和现场总线(Modbus协议,作为一种工业控制器的网络通讯协议,其在如今众多的控制器之间进行联网、监控、相互通讯等方面发挥着重大作用。)的协作,实现了数据采集和设备监控。本系统自投入运行以来,一直状况良好,减少了操作人员的工作量,提高了效率。


参考文献:
[1]魏全福. 现场总线技术发展的新动向[J].工业控制计算机,2000,13(1):1- 4.
[2]吴誉,张卫东,许鸣.现场总线技术展望及我国的发展策略[J].测控技术,1999,18(11):1 -8.
[3]ProSoft Technology,MVI46-MCM ControlLogix Platform Module Configuration/Debugger Port Users Guide[M/CD]. http://www.prosoft-technology.com/downloads.cfm.
[4]张生.基于现场总线的水厂监控系统的设计和实现[J].上海理工大学学报,2003, 25 (4):365.
[5]张生.基于现场总线和Delphi的污水厂监控系统[J].上海理工大学学报,2006, 28 (2):177.


Applications of the Industrial Configuration Technique in Source-waterworks Supervisory System
ZHANG Sheng1, ZUO Si1, CAO Hui2
(1.College of Computer Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai, 200093,China; 2.Fengxian-Suar Water Supply Co.Ltd, Shanghai,201402,China)

Abstract:The thesis used many industrial configurations technique of hardware and software in source-waterwork’s supervisory system. It had carried out the system by taking Ethernet and Modbus fieldbus as the main trunk circuit of the system integration, using industrial configuration tool of Intouch as the interfacial configuration tool to realize the device oriented operation and using PLC programming tool of rslogix500 to realize the configuration of the local device signal. It shows that the application o…… 职称论文发表网http://www.issncn.com 职称论文发表网http://www.issncn.com

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