黄冈西门子S7-300代理商

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1  引言
  泵站在运行、检修过程中，需要及时排出泵房内各种积水，其中一部分可自流排出泵房外，大部分则汇集到集水井，然后由排水泵排出泵房。为了保证泵房不致受淹或受潮，需要对排水实现自动控制，其基本要求包括：
  （1）排水泵能自动启停，保证集水井水位在规定范围内；
  （2）当集水井水位在规定的低水位时，排水泵能自动停转；
  （3）当工作排水泵故障，或来水量增大、集水井水位升至备用排水泵启动水位时，备用排水泵能自动投入；
  （4）排水泵之间能互为备用运转，当备用排水泵投入时，能发出警报信号。
  本文结合工程实践，设计了一套泵站集水井自动控制系统，具有结构简单，运行高效，维护方便、造价低廉等特点，适应泵站“无人值班、少人值守”的发展要求，抛砖引玉，以期为我国泵站自动化发展尽一份力量。

2  系统硬件配置
  该系统结构如图1所示。设备部分主要由排水泵（一用一备，单机liuliang100m3/h、扬程30m）、电机（2×30kW，软启方式）、压力表（2台）、闸阀（10台）、蝶阀（2台）、逆止阀（2台）、仪表阀（2台）等构成。控制部分主要由PLC、水位传感器、上下限开关、报警装置、断路器、接触器、热继电器、温湿加热器、选择开关等构成，其中，PLC采用micro系列，通过RS-485接口与上位机通讯，AI≥5，DI≥16，DO≥8；水位传感器采用投入式静压液位变送器，量程0～5m，测量精度1‰，输入信号4-20mA，工作温度5～55℃；上下限位开关采用Omron机械式液位浮子开关，当水位越限时动作（给出报警信号）；报警装置由电源指示灯、声光报警器、消警按钮等组成；断路器和接触器控制排水泵启停的执行；热继电器和温湿加热器起到保护机组作用；选择开关决定系统的运行方式（自动或手动）。

图1  系统结构图

3  系统工作原理
  系统控制设计采用自动/手动方式，方式选择通过集水井控制箱中的二次回路、接触器、中间继电器、选择开关等的切换实现。正常情况下，选择开关置于自动位置，当自动控制系统出现问题时，需到现场切换为手动方式。
3.1 手动方式
  当选择开关打至手动1#时，即1#泵处于工作状态、2#泵处于备用状态，按下启动按钮，接触器1吸合，1#泵工作；当选择开关打至手动2#时，即2#泵处于工作状态、1#泵处于备用状态，按下启动按钮，接触器2吸合，2#泵工作。
3.2 自动方式
  当选择开关打至自动位置时，集水井排水实现自动控制。当集水井水位上升到工作泵启动水位时，接触器1吸合，中间继电器1动作，工作泵运行，常开接点1自保持，直至集水井水位恢复至正常水位，接触器1断开，常开接点1失电，工作泵停运；若集水井水位不降反升至报警高水位时，接触器2吸合，中间继电器2动作，备用泵运行，常开接点2自保持，直至集水井水位恢复至正常水位，接触器1、2断开，常开接点1、2失电，两台排水泵停运。
  备用泵运行期间，信号回路会发出警报信号送至上位机；当工作泵故障时，备用泵自动转入工作状态，信号回路也会发出警报信号送至上位机。
  为达到启动均衡的工作效果，可以在PLC中设定累计工作次数，当工作次数到设定值时，工作泵自动转入备用状态，而备用泵则自动转入工作状态。

4  系统软件编程
  系统编程软件采用施耐德concept，为tigao抗干扰能力，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。系统控制流程如图2所示。主要实现功能包括：

图2  系统控制流程图

  （1）数据采集和处理。采集所有I/O点的模拟量（主要有集水井水位、电动机工作电流、水泵轴温、电机温度、排水量等）、开关量（主要有手动/自动控制信号、远方/就地控制信号、水泵运行/停止状态、水泵故障信号等），记录所有事件信息；对采集量进行统计表或趋势图生成，对事件信息进行顺序记录处理。
  （2）监视和报警。进行状态、越限、过程和故障等监视；对越限和故障进行判断和动作（报警）并及时记录（由上位机完成）以便查询、打印和分析。
  （3）控制和调节。排水泵正常启停操作、排水泵事故或紧急停止操作等方面的控制；参数整定与限值修改，远方/本地、手动/自动等工作方式切换等方面的调节。
  （4）人机对话和扩展接口。友好显示（由上位机完成）状态表、示意图、操作流程、运行指导、报警提示等画面；PLC上预留扩展槽，便于监控量的增设。
  （5）数据统计和运行管理。工作泵运行次数等方面的统计和分析；生产报表的生成和数据查询的打印（由上位机完成），使用和管理权限的登陆。
  系统编程语言采用梯形图。根据以上功能要求编写的梯形图如图3所示。编程过程中考虑了系统扩展性，采用模块化、功能化结构进行设计。

图3  系统控制梯形图

5  结束语
  泵站集水井排水实现自动控制，确保了排水任务的及时执行，减轻了运行人员的现场监控量，tigao了泵站自动化水平。深圳市东部供水水源工程的东江和永湖两座泵站的集水井都采用了类似自动控制系统，运行效果良好，值得推广和应用

1 引言
随着计算机通讯技术的日益成熟及企业对工业自动化程度要求的tigao，自动控制系统从传统的集中式控制向多级分布式控制方向发展，构成控制系统的PLC也就必须具备通信联网功能。在具体应用过程中，若要监视PLC内部的数据与运行状况，选用市场上的人机界面或组态软件，虽然功能丰富，但大都价格昂贵，尤其在一些中小规模的生产场合。所以许多企业希望能自己用语言开发一个简易实用的通信程序，通过面向对象的可视化编程语言VB6.0很容易地实现分布式监控。PLC等下位机控制生产过程，本地计算机进行实时监测或参与控制生产现场的参数。本文通过对OMRON的CPM1A小型机与上位计算机通信原理和通信方法的研究，介绍了如何用VB6.0实现上位计算机对PLC的实时监控，并取得了良好的效果。

2 监控原理
2.1 通信方法
上位机作为主站要能够通过PLC监控下层设备的状态，首先要实现上位机与PLC间的通信。由于串行通信具有线路简单、应用灵活、可靠性高等优点，并且普通计算机均带有串行口，所以PC与PLC间通常采用串行通信方式。串行通信可以通过bbbbbbs的API函数实现，也可以串行通信控件实现，但后者较容易，本文采用VB的通信控件。如果只实现对一台CPM1APLC的监控，需要CPM1-CIFO1（OMRON提供的专用的RS232适配器）形成RS232C口与上位机通信；如果是实现对多台PLC的监控，则需用RS232—RS422/RS485转换器ADAM-4520和CPM1-CIF11（OMRON提供的专用RS422适配器）与上位机通信，多可连接32台PLC,连接方式如图1所示。

图1 系统通信原理

在通信过程中上位机始终处于主动方，PLC则处于从动方，所有的数据交换只能在主站和从站之间进行，从站之间不能直接交换数据，如果从站之间需要交换数据，必须通过主站中转1。首先上位机向PLC发送指令帧，PLC接收了上位机的指令后，先进行FCS校验，看其是否正确，如果正确，则接收并向上位机传送响应帧(包含首尾校验字节)，否则，PLC拒绝向上位机传送数据。需要说明的是，整个通信过程中因PLC中配有通信机制，一般不需要对PLC进行编程。上位机接收到PLC传送的数据，也要判断正确与否，如果正确，则接收，完成一次正常通信，否则，通信需重新开始。

2.2 通讯协议
（1）通讯条件设计。要使上位机与下位机正确地交换数据，必须确保以下几点：
● 双方在初始化时要使波特率、数据位数、停止位数、奇偶校验均保持一致；
● 要严格按照PLC的通信协议的规定及帧格式编写PC的通信程序。
（2）通讯的命令帧设计。OMRON公司的CPMIA小型PLC的传输协议的一般格式为：

（3）通讯的响应帧设计

其中，@为前导字符，表示开始；设备号为00-31（本例限设到10），共可设置32个站号，用来识别所连接的PLC，可通过PLC的DM6653的低8位来设定，默认站号为00；命令码为CPMIA小型PLC规定的对其操作的命令代码；正文为需要读或写的数据地址以及数据；FCS为帧校验代码，用于及时发现通信过程中的错误，以备处理；*和CR表示命令结束[2]。
命令帧为PC机传向PLC的帧格式，响应帧为PLC传向PC机的帧格式,其命令帧与响应帧中的各个部分除数据区不同外，其他部分的含义是相同的。
2.3 MSComm控件介绍
VB中的MSComm控件具有功能完善的串口数据发送和接收功能。 MSComm控件具有两种通信方式：事件驱动方式和查询方式[3]。因为查询方式占用CPU时间太多，我们采用事件驱动方式。要完成通信,必需正确设置MSComm控件的相关属性,本设计在窗体中对其进行初始化,主要包括端口设置,波特率设置,奇偶设置等。主要属性如表1所示。

表1 MSComm控件属性

3 通信程序设计
本系统以PC对基于PLC的交通灯控制系统的监控为例，在上位机与PLC正常通信的前提下，设计如下界面。窗体的内容主要包括，四大区：端口、站号选择区，设定时间输入区，监控显示区，控制按纽区。从站号选择区选择不同站号即不同PLC，实现对多个PLC的实时监控。
3.1 串口初始化程序
If MSComm1.PortOpen <> True Then
MSComm1.PortOpen=True
End If
MSComm1.Settings=“9600,E,7,2”
MSComm1.bbbbbLen=0
MSComm1.InBufferCount=0
MSComm1.bbbbbMode=combbbbbModeText
MSComm1.Handshaking=comNone

3.2 计算机与PLC通信的VB程序
Public Function ReadData(ByVal bbbbbStr As bbbbbb, ByVal Num1 As Integer, ByVal Num2 As Integer) As bbbbbb

Dim OutputStr As bbbbbb
Dim Inbbbbbb As bbbbbb
Dim ReturnStr As bbbbbb
Dim Endbbbbbb As bbbbbb
Dim FCSbbbbbb As bbbbbb
Dim ReturnFCSbbbbbb As bbbbbb
bbbb1.MSComm1.InBufferCount=0
OutputStr=bbbbbStr+FCS（bbbbbStr）+“*”
If bbbb1.MSComm1.PortOpen=True Then
bbbb1.MSComm1.Output=OutputStr+Chr$（13）’按照PLC帧格式输出
End If
Do
DoEvents
Loop Until bbbb1.MSComm1.InBufferCount >=Num2’返回帧的长度
Inbbbbbb=bbbb1.MSComm1.bbbbb
Endbbbbbb=Mid$(Inbbbbbb,6,2)’取返回帧的响应码
If Endbbbbbb <> “00”Then
ReadData=“Error”
Exit Function
End If
Endbbbbbb=Mid$(Inbbbbbb,1,Len(Inbbbbbb)-4)
ReturnFCSbbbbbb=Mid$(Inbbbbbb, Len(Inbbbbbb) -3,2)’取返回帧校验码
FCSbbbbbb=FCS(Endbbbbbb)
If FCSbbbbbb <> ReturnFCSbbbbbb Then
ReadData=“Error”
Exit Function
End If
If Len（Inbbbbbb）>=Num2 Then
ReturnStr=Mid$(Inbbbbbb, Len(Inbbbbbb)-Num1-3, Num1)’取返回帧的数据，其度为Num1
ReadData = ReturnStr
End If
End Function

4 结束语
本文给出了利用VB中的MSCOMM控件实现上位机与多个PLC之间的通信方法，实现了上位机对多个PLC的实时监控。对于分布是控制系统大幅度地减小了通讯成本，具有一定的推广价值。

4、可编程序控制器的程序要简明且可读

用户软件的编写是“平铺直叙”，用户软件可看成是一个有序的“黑盒子”系列，每个“黑盒子”按照结构化语言划分，可分为几种典型的语句。每个语句方式、手法可能十分单调，但一定要明确。在设计与编写这些语句时，若使用不易推理的逻辑关系太多，或者语句因素太多，特殊条件太多，就会使人阅读这些语句时十分难懂。因此，一个可编程控制器的用户软件的可读性，即编写的软件能为大多数人读懂，能理解可编程控制器在执行这个语句时，“发生了什么”是十分重要的。每一段程序力求功能单一而流畅，这是软件在使用和维护时的重要条件。

5、可编程序控制系统在硬件和软件上的预置，有运行检测的关键监视条件

可编程序控制系统配置了彩色图形工作站/屏幕监视，但从价格及反映现场状态的时间来看，屏幕监视尚不方便。关键的故障，或者在关键的机械设备附近，可配置一些指示灯，它们可以用数字量输出做成，用来监视程序的正常运行，或用来调试程序，在指示灯旁配以功能标牌，可帮助操作人员确认可编程序控制系统的正常运行和及时反映故障。

6、设计大中型可编程序控制系统时不要耗尽它的硬件和软件资源

对于设计的新系统，硬件上至少要保留15%左右的冗余，在软件编制时，同样要估计用户软件对计算机资源的需要与用量。尤其对中间继电器，计数器/定时器的使用，要留有余地。因为在调试和运行后，软件总会被修改、补充，甚至重新编制。已编制的软件让人无法修改和完善，在工程上是不实际的。

7、合理地配置可编程序控制器系统的冗余

可编程序控制系统可能做出多种方式的冗余，中央处理器的双机热备、冷备冗余是常见的方式。另外，双系统冗余，即中央处理器和全部的输入、输出、组网通信完全冗余，其价格和实用性虽然在许多工程项目中难以被人接受，但在有毒、有害的化工生产环境这种冗余很有必要。在设计系统中，要使配置冗余方式较为经济而又实用，力求使故障缩小在本设备身上。不要因某一设备发生故障，引起工艺流程中相关设备运行或状态受到冲击。

以上阐述的几个方面，是在可编程序控制系统总体方案设计时，要格外重视的问题，只有在设计系统时，考虑周到，系统投入运行之后，设计人员才能少些遗憾