西門子模塊6SL3040-0PA01-0AA0

　1、 引言

　　隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，水資源的供應和調(diào)度顯得十分重要，為了實現(xiàn)水資源的合理統(tǒng)配和調(diào)度，通訊系統(tǒng)顯得十分重要，針對本系統(tǒng)的通訊的一些問題，我們開拓思維，大膽改造，提出了利用無線通訊系統(tǒng)實現(xiàn)供水的具體方案而且付諸實施。


　　2、工程簡介

　　2.1 東阿供水工程的系統(tǒng)簡介

　　東阿供水工程是聊城市水利局交給我公司負責的一個項目，目的是解決聊城市供水緊張的問題。

　　東阿供水工程水源地共布設深井12眼，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#井用變頻器控制深井泵電機，7#、 8#、9#、10#、11#、12#井用軟起動器控制深井泵電機。所有井分布在方圓幾公里范圍，經(jīng)輸水道匯總送水至聊城市水廠蓄水池，距離達四十公里。

　　有兩個控制室：

　　一個主控室在水源地，離泵井比較近，約兩公里左右，為水源地主控室，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各泵站的運行，進行實地的監(jiān)測和調(diào)度；

　　一個主控室在聊城水利局下屬水廠，距離水源地幾十公里，目的是監(jiān)控蓄水情況，同時進行統(tǒng)一供水協(xié)調(diào)。


　　由于水源地的井分布比較分散，而且距離水源地主控室較遠，所以需要建立一套比較*的中心自動控制系統(tǒng)，對分散的各個井進行集中控制和管理。


　　2.2實際控制要求和依據(jù)：

　　系統(tǒng)設計能力為6萬噸/24小時，平均供水2500立方米/小時；水源地有12眼井供水，其中6臺120kw,6臺75kw；水廠有2個5000立方米的蓄水池，共計10000立方米；水源地與自來水廠蓄水池的距離為43.5公里，每個泵站的運行要求有手動、自動和遠程控制三種方式；所有泵站群設一集中控制室，統(tǒng)一協(xié)調(diào)各泵站的運行，實現(xiàn)泵群的聯(lián)網(wǎng)運行；聊城水廠設一遠程監(jiān)控站點，實現(xiàn)遠程調(diào)度。根據(jù)聊城水利局的技術(shù)要求，共有12個井位納入該監(jiān)控系統(tǒng)，每臺泵站井位要對壓力信號、流量信號、液位信號、電機電流信號以及電機狀態(tài)進行檢測和控制，水廠儲水量為最終被控信號，即在現(xiàn)場泵站合理調(diào)度，使其運行在情況下，來保障水廠儲水量的正常穩(wěn)定。


　　3、系統(tǒng)設計及產(chǎn)品選型

　　3.1幾種設計方案比較

　　1.無線通訊方式和有線通訊方式的選擇

　　1）有線通訊方式是大多數(shù)工程普遍采取的通訊方式。它要求在12個井之間鋪設長達幾十千米的通訊電纜，通訊信號通過通訊電纜進行傳送。這種通訊方式技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而且通訊信號不易受到外部的干擾，但是它自身也有缺點：

　　通訊電纜的鋪設十分繁雜，它需要重新架線或挖溝鋪設電纜，而且?guī)资椎耐ㄓ嶋娎|也需要購進，這必將耗費大量的財力物力，使施工周期延長。

　　2）無線通訊方式是比較*的通訊方式，目前尚沒有成熟的經(jīng)驗供我們借鑒，因此我們也是在摸索、研究，但是它的潛力十分巨大。

　　與有線通訊相比，它具有很多自身的優(yōu)點：

　　　　無線通訊是PLC將信號通過數(shù)字式電臺發(fā)射，遠方的PLC通過數(shù)字式電臺進行接收，它不用架設任何通訊電纜，而且數(shù)字電臺的價格可以接受，與有線通訊相比既省財力又省物力。


　　　　無線通訊可以很方便地進行擴展

　　我們完成的水源地的工程只是東阿一期供水工程今后還要不斷地建立新井，若采用無線通訊，新井只需要安裝一數(shù)字電臺，便可以完成與水源地控制室的無線通訊連接，系統(tǒng)的拓展十分的方便、簡單。


　　　　覆蓋范圍廣

　　我們選擇的數(shù)字電臺通訊能力可達周圍幾十公里，通訊幾乎可以不受空間的限制。
雖然有線通訊方式已比較成熟穩(wěn)定，但通過仔細論證，我們決定采用無線通訊方式。



　　2.通訊處理器的選擇

　　我們原來準備在水源地控制室采用S7-224 PLC控制器，但在實驗階段發(fā)現(xiàn)它在面對繁重的通訊任務時顯得力不從心，因此我們決定采用S7-300系列的PLC S7-315，附加專用的通訊模塊CP-340實現(xiàn)通訊任務。更換后，發(fā)現(xiàn)通訊處理速度明顯加快，原來完成12個井的收發(fā)通訊操作需要大約1分鐘，現(xiàn)在只需要12秒。



　　3.是否用微波通訊

　　水源地主控室和水廠主控室距離40公里，兩地傳送的數(shù)據(jù)量不是很大，實時性要求不高，我們選擇大功率的數(shù)字電臺，而沒有選擇價格較高的微波方式進行通訊。水源地主控室和聊城水廠主控室各放置一個大功率電臺。


　　3.2 產(chǎn)品選型

　　根據(jù)上述技術(shù)要求，在保證完成供水工程工藝技術(shù)要求的前提下，控制裝置的選擇及監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成應以技術(shù)*、運行可靠、操作簡單方便、畫面美觀逼真為出發(fā)點。變頻器選擇西門子MMEco系列的75KW變頻器6臺；在12個分散泵井上，每個泵井選擇1個S7-224 PLC控制器。理由是：單一泵井的通訊任務不多只需要在一定時間內(nèi)循環(huán)接收主站的信號，然后返回一個信號，每個泵井現(xiàn)場的控制任務不多。此外每個泵井還需要1個EM231，1個EM235；水源地控制室選擇一個S7-315 PLC控制器，1個CP-340通訊處理器，它是整個水源地的控制中心，通過軟件編程可接受來自12個泵站、水廠的各個信號；水廠控制室選擇1個S7-315 PLC控制器，3個32輸入的SM321，1個32輸出的SM322，2個8輸入的SM331，1個8輸出的SM332；組態(tài)監(jiān)控軟件為西門子的WINCC；無線通訊電臺選用Friendcom的模塊式數(shù)傳電臺。（供水工程系統(tǒng)幾何拓撲結(jié)構(gòu)見圖1）

　　系統(tǒng)的信息傳輸采用兩種網(wǎng)絡，水源地控制室和水廠控制室內(nèi)采用MPI有線網(wǎng)絡；在水源地12個泵站和水源地控制室以及水源地控制室和聊城水廠控制室之間采用快速的無線傳輸網(wǎng)絡。

西門子模塊6SL3040-0PA01-0AA0

　4、軟件設計

　　4.1 水源地操作站S7-315的通訊程序

　　1）具體的通訊任務

　　水源地控制室必須不斷地保持與12個井的通訊聯(lián)系，要求速度盡量的快。通過無線電臺接收分散的12個井的液位、壓力、流量、電機狀態(tài)及電磁閥信息，傳送給上位機，通過無線電臺發(fā)送至水源地主控室，主控室操作員設置對12個井的控制信號，包括電機的開關(guān)、調(diào)速等信息，通過無線電臺發(fā)送至各個泵站，實現(xiàn)遠程無線遙控。主站向每個井發(fā)送20個字節(jié)，從每個井接收20個字節(jié)。

　　水源地主控室間隔1分鐘向聊城水廠通過大功率無線電臺傳送水源地的水量情況及井的運行信息，20個字節(jié)，以便于上級單位的統(tǒng)一調(diào)控和調(diào)度；同時從聊城水廠接受上級控制站的控制信息，20個字節(jié)。


　　2）主程序流程圖：

　

　　中斷程序流程圖：