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基于PLC的实时测量技术在远程污水监控系统中的应用

时间:2021-10-13 02:09:02 来源:米6体育 点击:

本文摘要:随着计算机控制技术的大大发展,可编程控制器PLC(ProgrammableLogicController)的功能更加强劲,不仅具备各种各样的掌控功能,还具备与其他计算机通信联网的功能。与之适当,PLC的应用于也日益普及,不仅被普遍应用于传统的逻辑掌控[1]、PID掌控[2]和变频调压[3]等领域,还渐渐被用作数据采集、环境监控等领域。

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随着计算机控制技术的大大发展,可编程控制器PLC(ProgrammableLogicController)的功能更加强劲,不仅具备各种各样的掌控功能,还具备与其他计算机通信联网的功能。与之适当,PLC的应用于也日益普及,不仅被普遍应用于传统的逻辑掌控[1]、PID掌控[2]和变频调压[3]等领域,还渐渐被用作数据采集、环境监控等领域。

  本文讲解的分布式远程污水监控系统使用分布式的建构方案,利用基于西门子PLC的动态测量技术对各污水排放点的污水处理流量、管道压力等参数展开收集、监测,以超过集中相连、集中于监控的目的。西门子PLC的I/O模块多,兼备模拟量、数字量和串行通信这几类模块,拓展模块非常丰富;能工作于险恶环境,故障率较低、寿命长,非常适合在工业环境下用于。所以系统以西门子S7-200PLC、传感器和智能检测仪表作为下层基本测量单元,将各个污水监控点的测量数据经过PLC可行性处置后,按照权利口通信方式包传输给基于ARM9的嵌入式数据采集模块展开汇总和存储,然后再行通过以太网赠送给本地机上层应用软件展开表明。整个下层测量单元相等于一个结构灵活性星型、功能多样的智能仪表子系统,PLC相等于这个子系统的通信接口。

可以根据有所不同的测量必须对下层测量单元的硬件结构和测量功能展开必要转变,使整个系统具备相当大的灵活性,稍加改动才可用作其他监控系统。1分布式系统结构 系统的分布式结构示意图如图1右图。

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当系统启动或废黜后,各污水处理点的下层测量单元开始定点取样、上载数据;嵌入式模块接管到PLC传到数据后,现金自身的数据库中并辨别否要启动时报警设备,同时将数据定点传授给上位机。这些动态监控数据最后皆汇总到网络服务器上,从而使整个系统包含了分布式的监控结构体系,主管部门只要通过应用软件的嵌入式界面就可在各自办公方位对污水处理点的各项指标数据有一个精确的理解,进而超过对产于区域普遍的各个污水处理点运营情况展开集中于监控的目的。  嵌入式数据采集模块上的每个串口可相连多达253个有所不同速率和协议的设备,因此为了降低成本,将距离较将近的污水处理点测量单元通过一个串口集中于管理器后接上同一个嵌入式数据采集模块上。在PLC程序中设置好与上位机通信时所须要的PLC站号后,嵌入式数据采集模块就可通过轮巡的检测方式接管各测量单元传到的数据。

但是实际中同一嵌入式数据采集模块上所接的下层测量单元不不应过多,因为这不会导致轮巡一次的时间过长,影响报警的实时性。2PLC下层测量单元硬件设计 根据实际情况只需对各污水处理点的管道压力、污水瞬时流量、污水总流量、红外线人体分析仪的电源状态和供电的电源状态展开监测。其中管道压力由水压传感器测量,其测量数据为4~20mA的模拟量;红外线人体分析仪的电源状态和供电的电源状态由PLC测量,其测量数据为数字量;污水瞬时流量和总流量由基于HART协议的智能电磁流量计测量,其测量数据通过串行通信传输给PLC。

由于PLC还要将处置后的数据传输给嵌入式数据采集模块,这必须闲置一个串行通信口,所以系统搭配具有2个RS-485串行通信口的西门子S7-200224XP型PLC。根据西门子224XPPLC的硬件资源,基于PLC的下层基本测量单元硬件相连图如图2右图。  如图2右图,红外线人体分析仪和供电电源分别收到PLC的数字量输出口I0.0和I0.1上;水压传感器接上PLC上的模拟量输出口0(AIW0)上;PLC的通信口0通过屏蔽双绞线与嵌入式数据采集模块的RS-485接口相连;电磁流量计必须经过基于HART协议的调制解调器后才能收到PLC的串口上。系统中使用的调制解调器一端具有4~20mA的仿真传输线路(如电话线)模块,一端具有RS-232模块,因此还须要在调制解调器串口末端再行相接一个RS-232并转RS-485模块后才能收到PLC的通信口1上。

HART协议是半双工协议,刚好内调制解调器不能正处于调制或调制的工作状态,所以必须通过PLC产生低低电平来展开掌控,故将PLC的Q0.1口收到调制解调器的工作状态掌控末端上。当PLC输入高电平时,正处于调制工作状态;当输入低电平时,正处于调制工作状态。3PLC下层测量单元软件设计  根据PLC在系统中的起到,PLC程序不应具备定点收集数据并通过权利口通信方式发送到上位机、自动报警、自动向下位机发送到维持相连信号等功能。

另外还要能号召上位机的数据补调命令,回到适当数值;号召上位机的参数改动命令,修正PLC的系统时间等。  整个PLC程序使用模块化设计,将已完成某一功能的代码段撰写为子程序,设置入口参数和出口参数,当必须已完成这项功能时,只需设置适合的参数并在程序中必要调用才可。这样可延长程序的长度,便于程序的改动和重制。

整个PLC程序是由主程序、子程序和中断程序3部分构成,每个功能模块程序包括若干子程序和中断程序,下面分别讲解。  3.1PLC主程序  主程序主要是对权利口通信参数展开设置以及对程序中中用的各计数器和标志位寄存器展开废黜,以免PLC断电重新启动之后产生不得而知错误。

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电磁流量计使用HART协议宽帧结构命令,因此要再行发送到0#命令取得生产厂家的代码、设备型号码和设备识别码等总共38bit的信息[4],用作填上其他宽帧命令的地址。PLC每次重新启动后,在主程序中调用一次0#命令子程序,并将流量计回到的地址存储在相同的寄存器中。另外,PLC收集的压力模拟量是一个较慢变化的过程量,为了防止测量误差,还须要对压力收集量展开滤波;本文使用了平均值滤波法,间隔0.1s启动时平均值滤波中断程序对压力测量数据展开处置。主程序流程图如图3右图。

  3.2PLC数据取样和报警部分程序  该部分程序由3个子程序构成:CheckRealTimeData子程序、Ana_Alarm子程序和Dig_Alarm子程序。其中CheckRealTimeData子程序负责管理定点对数据展开取样、存储;Ana_Alarm和Dig_Alarm子程序在CheckRealTimeData子程序中调用,负责管理辨别收集到的数据否多达报警阈值。如果倒数多达阈值的时间小于设定值,则改置位报警标志位,使PLC自发性地向嵌入式数据采集模块发送到报警信息,启动时报警设备;如果取样值恢复正常则将报警计时器清零,新的计时。

Ana_Alarm子程序原作Adata、Uplevel和Lowlevel3个入口参数,分别回应所测模拟量数据、数据下限和数据上限;Dig_Alarm子程序原作Ddata、Status2个入口参数,分别回应所测数字量数据和报警状态值。调用子程序时设置好准确的参数就可已完成PLC的报警功能,模拟量报警子程序和数字量报警子程序的流程图如图4右图。


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