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S7-200 PLC在无线“三遥”调度系统中的应用

菜鸟
2007-08-13 06:58:34     打赏

1  引言
某供水调度系统始建于1994年,当时只有4个管网测压点,终端机采用8031系列的单片机。1999年,系统进行了升级,终端机采用了8052系列的单片机。在单片机应用的程序主要完成数据采集、数据的临时存储和通信功能。结这几年的使用情况,认为采用以单片机为CPU的终端机能够满足管网测压的基本要求,特别是价格低廉,使用简单,降低了系统的一次投入成本。同时,也发现以单片机为主的终端机有一些缺陷,比如防干扰能力差,不能扩展。特别是随着社会和科学技术的快速发展,有些元器件停产或者升级,这对的产品维护和系统可靠运行提出了难题,需要开发出一种既可以满足当前“三遥”系统功能要求,而且使用简单可靠,又能满足将来“三遥”系统升级要求的产品。经过认真研究和论证,决定采用西门子S7-200 PLC(可编程控制器)为核心,开发了新一代终端机。

2终端机硬件设计
2.1  PLC可编程控制器选型
S7-200 PLC可以满足多种多样的自动化控制需要,由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的通信和联网能力,使得它可以近乎完美地满足小规模的控制要求。此外,丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时,具有很强的适应性,可以在非常恶劣的环境下工作。S7-200 PLC已经形成了各种系列化、标准化的产品,其开发编程工具简单易用,一般的电气工程师容易掌握,通用性好,升级换代、扩充维护方便,非常适合做“三遥”系统的终端机。
2.2  终端机硬件设计
终端机由PLC、直流开关电源、进口数传电台、天线等几部分组成。S7-200 PLC易于扩展,根据用户需求可以选用不同扩展模块以实现各种功能。终端机可以应用于管网监测、井群控制等场合,需要实现的功能有:
(1) 模拟量/脉冲量输入,开关量输入(输入点数根据扩展I./O模块数量决定);
(2) 实时接收中心调度室的命令(随机点测、定时自动巡测、补调数据等),将相应的数据(流量、压力、开关状态等)发送回中心调度室;
(3) 定时存储数据(30min/15min存一次,至少存一天),定时将数据通过无线数传电台传送至中心调度室;
(4) 自报功能,开关量状态转换可以自报,模拟量上下限自动报警;
(5) 遥控/遥调功能,接收到中心调度室的命令,可以启动或停止电机,可以调节阀门开度大小;
要实现以上功能,特别是数据存储功能,需要考虑CPU的存储器大小和是否具有实时时钟。因此,终端机CPU选用了S7-224,模拟量输入模块则采用EM231。
S7-224 CPU提供一个RS-485接口,而数传电台一般均为RS-232接口,所以需要配置一个485-232转换器。对于有的数传电台发射时需要RTS信号,而RS-485接口又不提供RTS信号,解决这个问题的方法是,采用PLC的某一I/O输出点,产生RTS信号,由PLC在发送信息前现接通该点,控制数传电台发射,延时一段时间后(电台建立载波时间),再发送信息。这一种方法简单、实用,较好的解决了无线通信的接口问题。
为提高系统的可靠性,数传电台、PLC、直流稳压电源及部分变送器装于一个控制箱内,各部分相对独立,便于维护。PLC开关量输入、输出与现场之间加继电器隔离,模拟信号采用信号隔离器和配电器隔离,电源采用隔离变压器供电,以减小电源“噪声”,同时系统设置良好的接地。

3  终端机软件设计
3.1  功能化模块设计
PLC终端软件采用梯形图语言编写,为提高终端的抗干扰能力,软件设计中采用了数字滤波、故障自检、控制口令等措施,保证控制操作的正确性和可靠性。程序设计采用模块化、功能化结构,便于维护、扩展。终端软件主要由下列模块组成。
(1) 初始化程序:设定各寄存器、计数器、PLC工作模式、通信方式等参数初始值。
(2) 数据采集子程序:对各路模拟量数据采集、滤波、平均等处理。
(3) 定时存数子程序:每15min存储数据一次;
(4) 累计运行时间子程序:对泵机等设备的运行时间进行累计。
(5) 遥信子程序:检测电机、阀门、报警开关等设备的运行状态。
(6) 置初值子程序:由监控中心对时间、电耗、流量等累计参数按用户的要求设定初始值。
(7) 故障自检子程序:检测PLC的故障信息、校验信息,并发往监控中心。
(8) 控制子程序:根据监控中心的命令,或现场自控条件输出相应的操作。
(9) 通讯子程序;完成与监控中心的各种通信功能。 
3.2  技术关键
(1) 在编写调试终端机程序的过程中,我们发现通信子程序难度大一点,需要多费些时间和耐心去调试。因为相对于有线通信来说,无线通信需要考虑的因素更多,比如通信干扰、RTS时间延迟处理等。
(2) 笔者利用了中断来编写通信部分子程序,用到中断有:通信口0接收字符、通信口0传输完成,定时器0中断。在通信接收中断服务子程序中,一定要注意判别接收到的字符数。因为中心调度室发送过来的命令中的字符数是一定的,如果PLC接收到的字符数超过某个数目,则PLC需要初始化通信接收有关的变量、标志,重新开始接收。而对于PLC发送响应信息时,如果需要RTS控制信号,则要控制好RTS延时的时间,RTS时间太短,则可能使得中心调度室接收到的信息不完整,造成通信失败;RTS时间太长,又有可能与中心调度室通信冲突,也造成通信失败。总之,无线通信程序调试时,需要与上位机软件紧密结合,耐心调试,才能确保在现场实际应用中,达到系统设计要求的功能。

4  结束语
本终端机在软、硬件方面采取了多种措施,特别是选用了S7-200 PLC,提高了终端机的可靠性,在“三遥”供水调度系统中系统取得了较好的应用效果。特别是在我公司去年投入运行的十多口水源井中,采用了此终端机,公司中心调度室能够随时监测各水源井设备状态,并且可以控制水泵的开停,真正实现了无人看守,对水厂的安全运行、提高供水质量、节能降耗、优化管理等方面起到了至关重要的作用。“三遥”系统将无线通信与S7-200 PLC有机的结合,解决了现场分布较散、距离较远、范围较大的系统监控问题,在供水、供电、供气、油田、气象、水文水利等部门有较好的应用前景。
 

 




关键词: S7-200     无线     三遥     调度     系统     中的     应用         

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