基于S7—2 OO自来水管网无线监控系统设计

引言
    自来水的供应关系国计民生，各级自来水供水公司担负着举足轻重的地位，在城市供水中，对于现代化技术的应用十分迫切。随着城市规模的不断扩大，用水量的逐渐增加，自来水供水系统往往需要在多处水源井进行取水．然后通过集中管网供水或通过分区域分别供水，使自来水能够满足一定的压力下顺利进入家庭用户及满足其他各种社会需求。随着供水时段的不同．以及用水区域的不同，所需供水量有很大差异。同时水源井分布分散、距离远，有的水源井远离市区，不利于搭建有线网络。因此需要搭建无线传输网络对管网各处水压等进行检测，再通过无线网络对水源井的水泵、加压水泵等进行远程开关控制．实现管网的稳定供水。实现通过控制中心就可以远程检测控制管网压力、水泵运转等功能。实现成本的降低，以及高效合理的供水，提高企业竞争力和效益增加。

1 无线监控系统结构及主要功能
    本系统是针对于自来水公司中心机房对相距较远的多个泵房水泵进行数据采集和水泵行为控制而设计，完全采用GPRS远程无线控制，只要手机信号覆盖到的地方就都可以进行数据采集和行为控制，中心控制机房和泵房之间没有距离限制。整个系统主要分为两部分，泵房设备监控单元和控制中心。控制中心与各泵房监控单元通信及组成结构如图1所示。

    整个系统由一个中心控制室和若干个现场PLc控制站组成，现场PLC控制站，由可编程序控制器(S7-200 PLC)系统及检测仪表组成，对各水源井房及泵房进行分散控制；再由中心控制室(CCR)，对各现场控制站实行集中管理。现场各种数据通过PLC系统进行采集，并通过主干通讯网络GPRS无线网络，通过DTU设备接收和发送数据信息，采用TCP＼IP通信协议，通过INTERNET传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。现场与中心控制室之间通过高速工业以太网或者GPRS设备连接，以便于实现近远期系统的无缝对接。
    控制中心主要完成对公司供水系统的管理、调度、集中操作、监视、系统功能组态、控制参数在线修改和设置、记录、报表生成及打印、故障报警及打印。对实时采集的数据进行处理。控制操作以及分析统计等功能。通过高分辨率液晶显示器或电子屏可直观地动态显示整个供水系统工艺流程段的实时情况、各工艺参数的趋势画面，使操作人员及时掌握整个供水系统的运行情况。

2 泵房设备监控单元
2．1 S7—200芯片简介
    SIMATIC S7．200系列PLC是Siemens公司推出的一代功能强大并且完善的小型PLC，是将其在工业通讯方面的经验和最新的TCP／IP技术相结合的结果，具有革命化的分布式结构。所有模块均安装在一个或多个框架内，且每个模块使用螺钉固定在框架上，以防震动引起松动。工作环境温度为O℃～60℃。贮藏温度为一40℃～70℃。连续操作的相对温度为5％～95％。该系列PLC在该系统中应用广泛。S7—200 PLC数字量输入／输出点数可达64 DI／64DO，模拟量输入／输出路数可达16AI／16AO，可实现定时控制、中断控制、PID控制等。该系列PLC最大的优点是为用户提供自由口通信，用户可通过软件将通信口设为自由口方式。自由口通信方式是S7-200 PLC的特色功能．它使S7-200PLC可以与任何通信协议公开的其它设备、控制器进行通信，即S7-200 PLC可以由用户自己定义通信协议工作，波特率最高为38．4 kbps(可调节)。由于S7-200系列PLC具有上述自由口通信方式的特色功能，可以支持多种通讯方式。而且S7-200系列PLC是目前国内工业控制市场上性能价格比高、扩展灵活的PLC系统，因此选用该系列PLC。
2．2 泵房监控硬件设计
    每个现场控制站配置一套控制柜。主要包括Siemens公司S7-200系列可编程序控制器、模拟量扩展模块、GPRS传输设备、24VDC开关电源装置、过电压保护装置、小型断路器、接线端子、小型继电器、安装连接线缆及其它附件等控制设备。PLC控制设备并从设备上读取信息，PLC设备与DTU连接，DTU实现了与中心机房控制计算机的无线数据交互．中心机房将控制信号通过无线方式发送给DTU，DTU控制PLC实现了中心机房对水泵的控制，泵房各种数据(电压、电流、压力、流量、水池液位等)通过PLC传输给DTU，DTU再传输给中心机房，存储到数据库中。硬件连接如图2所示。

    PLC模块为检测控制的中心，水源井水泵、加压水泵和清水池液位信息等均传输至PLC，根据已经载入的程序实现对水源井及加压水泵的开关控制。同时通过与PLC相连接的无线收发模块DTU，将水源井水泵和加压水泵的启、停机及电流、电压、压力、流量、等相关数据传送至控制中心。控制中心不但可以实时掌握各个水源地的信息，同时也可以根据需要实行远程控制。将控制信息通过TCP／IP通信协议传送给指定的监控单元的DTU，DTU将接收到的信息传输至PLC处理，控制相应继电器工作，实现水泵的开关控制。由于在无线通信过程中存在延时。偏远水源井接收和返回水泵电压和电流信息可达3分钟左右。因此需在控制中心组态软件设计中加入延时保护程序，避免连续的误操作，损害水泵寿命。加压水泵设置为可手动／自动控制，手动状态下，可在就地控制柜上单机起停，在自动控制状态下：根据清水池液位(清水池设有超声波液位计，随时监控水位时实数据)及出水流量自动控制水泵的开／停。根据清水池最低液位。自动停泵，实现泵的干运转保护。由于不同时间段用水量存在较大差异，一般采用多台水泵进行加压供水。可通过PLC扩展模块分别连接每个加压水泵，并通过程序设计实现每一台泵的起动次数和总的运行小时数均衡。通过这种设计可以较大程度的延长水泵的使用寿命和无故障运行的时间，为企业节约了设备维护和设备更新的成本。

3 结束语
    在实际应用中由S7-200芯片系列的PLC、计算机控制软、硬件所集成的计算机监控系统能对生产过程进行自动监控、信息管理．并且保证系统良好的开放性和可扩充性，能够很好的保护用户的投资，达到用户的满意。