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Siemens PLC在温室远程无线监控系统中的应用

发表于:2019-06-05 14:15 作者:新闻小编 来源:新闻小编

1 引言

  随着无线通讯技术的不断发展和应用,与架设专用电缆(或光缆)、租用电信专线等方式相比,无线通讯以其造价低、施工快、运行可靠、维护简单等优点正逐渐被人们所重视,并逐步应用于数据采集与监控系统中。

  plc是工业控制中最常用的控制器之一,它运行可靠、集成度高、可扩展性强。通过标准接口与无线数据通讯模块结合在一起,组成无线远程监控系统。可以不拘泥于特定行业的具体要求,实现形式多样的i/o信号采集和设备的控制。实现远程诊断、测试、监管等功能,满足各行业调度或控制中心与众多远方站之间的数据采集和控制。这无疑是一种全新的控制系统模式。

  本文描述的应用正是采用了无线通讯技术和plc相结合的系统模式来实现对温室系统的无线远程监控。

2 系统功能

  本系统的功能主要是根据现场设备的具体情况和客户的需求,实现温室的温度自动/手动调节、储水箱的液位自动/手动控制,以及灌溉、照明、通风、给水、排水等功能的远程监视和本地/远程控制。

3 系统设计

  3.1 系统构成

  3.2 系统说明

  本系统(如图1所示)采用传统的上位机、下位机组合控制模式,不同之处在于上、下位机之间的通讯采用无线通讯(gprs)和万维网(internet)实现。其中上位机采用具有上网功能的pc(也可以采用pda等具有上网功能的终端),下位机采用西门子s7-200 plc。

  (1) 上位机功能

  上位机系统平台采用市场占有率较高、资源相对丰富的windows 2000系统。应用软件的开发采用基于windows平台的软件技术,根据客户需求生成个性化的人机界面,实现人性化的信息交换。在人机画面上,可以实现自动/手动控制功能的切换,不仅可以显示现场设备的运行状态,而且可以通过画面控制设备。在画面上,还可以显示各种仪表的数据,对现场参数(温度、水位等)实现远程实时监测,以及设定报警值等功能。

  (2) 下位机功能

  根据监控对象的不同,现场i/o存在着不同的信号形式。具体形式上有各种具有标准接口或非标准接口的传感器、变送器和各种执行装置(诸如电机、电磁阀等)。在本系统中的数字量i/o有控制照明装置打开/关闭的继电器、控制给水泵/排水泵电机启动/停止的继电器和接触器、控制通风设备的继电器和控制灌溉的电磁阀等。模拟量i/o有温度信号、液位信号(本系统中是4-20ma信号)。

  现场i/o通过siemens s7-200plc接入系统,实现数据的采集和预处理,并根据上位机的指令对现场的工况进行判断、处理。利用plc控制能力强、实时性好的特点来实现对现场设备第一时间的保护。实时对异常、故障等进行处理,并将设备的状态定时传送到上位机进行远程监视和控制。

4 系统功能实现

  4.1 控制方式

  本系统可以实现本地、远程两种操作方式。该功能通过现场操作台的本地/远程选择开关实现。

  l 在本地方式下:系统通过现场操作台的按钮实现对现场设备的本地手动操作。

  l在远程方式下:现场操作台的按钮对现场设备的操作无效。操作者可以通过画面实现对现场设备的远程手动控制。并可以设定系统处于手动还是自动运行模式。

  4.2 人机界面

  (1) 界面的设计原则

  l 采用与实物形式相近的三维图形;

  l 采用动画形式表现设备的状态;

  l 故障、报警信息要显著、明显;

  l 操作方便。

  (2) 界面的内容

  l 设备的状态信息(运行、停止、正常、故障等);

  l 现场数据(现场传感器的反馈值等);

  l 控制功能(实现控制功能的按钮等);

  l 设定信息(报警值修改、保存等)。

  人机界面采用基于windows平台的组态软件技术,可根据不同客户需求,方便、快速的生成个性化的人机界面,实现人性化的信息交换。

  4.3 温度控制

  温度(模拟量输入)信号直接传送到监控画面监视。画面可以根据具体条件对温度的报警值进行设定,并存储在plc中。当系统在远程控制模式下自动运行时,如果现场温度达到高报警值时,plc向监控终端发送报警信息,并自动启动通风装置;当系统处于远程手动模式下时,通风装置由画面手动控制。

  4.4 液位控制

  液位(模拟量输入)信号直接传送到监控画面监视。画面可以根据具体情况对液位的报警值进行设定,并存储在plc中。当系统在远程控制模式下自动运行时,如果现场液位高于高报警值时,plc向监控终端发送报警信息,并自动启动给水装置;如果现场液位低于低报警值时,plc向监控终端发送报警信息,并自动启动排水装置。当系统处于远程手动模式下时,给、排水装置由画面手动控制。

  4.5 灌溉和照明控制

  通过人机界面手动控制各个设备的打开/关闭。

5 通讯功能实现

  5.1 gprs简介

  上位机和下位机之间可以根据具体情况采用gprs、蓝牙、w-lan等多种形式进行无线数据传送。本系统由于监控距离远,通讯数据量相对较小,因此采用gprs进行数据传送。

  gprs 是通用分组无线业务(general packet radio service)的英文简称,是在现有gsm系统上发展出来的一种新的承载业务,目的是为gsm用户提供分组形式的数据业务。作为一种新的移动数据通信业务,在移动用户和数据网络之间提供一种连接,给移动用户提供高速无线ip。gprs采用分组交换技术,资源被有效的利用,数据传输速率高。gprs移动数据传输系统有很大的应用范围,几乎所有中低速率的数据传输业务都可以应用,如城市配电网络自动化、自来水、煤气管道自动化、商业pos机、internet接入、个人信息、股票信息、金融、交通、公安等。

  将gprs通讯模块通过rs232/485等接口连接至plc。通过gprs通讯模块,plc将所需要采集的信息发送至gprs gateway。gprs gateway将所接收到的数据通过internet网络发送至各客户监控终端。客户通过各自终端,进行远程数据采集、控制、指令发送等操作。通过客户应用界面程序,客户可以在任何地方接入internet,访问指定的web控制页面,通过web直接进行实时的远程监控。

  5.2 plc通讯功能实现

  西门子s7-200

  plc的编程通讯接口通过修改系统参数,可以实现自由通讯功能。由于该通讯接口采用的是半双工通讯模式,所以plc程序采用了中断触发方式来实现plc和gprs通讯模块的通讯。具体程序如下:

  (1) 主程序

  ld sm0.1 //plc 第一个扫描周期执行

  movb 2#1001, smb30 //初始化自由端口

  //波特率9600

  //8位数据位

  //无奇偶校验位

  movb 2#11100000, smb87 //接收数据参数设置

  //rcv使能

  //检测起始字符

  //检测结束字符

  movb 16#02, smb88 //起始字符

  movb 16#03, smb89 //结束字符

  movb 100, smb89 //最大字符数100

  atch int_1, 23 //连接中断程序1到接收结束事件

  atch int_2, 9 //连接中断程序2到发送结束事件

  eni //允许用户中断

  rcv vb150, 0 //执行接收指令

  //接收缓冲区指向vb150

  (2) 中断0

  //100ms 定时器中断

  ld sm0.0

  dtch 10 //断开中断

  xmt vb200, 0 //在端口0发送数据

  (3) 中断1

  //接收完成中断

  lbd smb88, 16#20

  move 100 smb34

  atch int_0, 10 //如果接受到结束字符,连接一个100ms的定时器,返回

  creti

  not

  rcv vb150, 0 //如果因为其他原因结束,

  //启动一个新的接收

  (4) 中断2

  //发送完成中断

  ld sm0.0

  rcv vb150, 0 //允许另一个接收

6 结束语

  该系统可以用于组建油田/天然气、水处理、电力、煤气、铁路、地震/气象/环保、gps、金融、公安/交通/安防、化工、工业控制自动化等数据采集与控制系统。这无疑为自动化控制提供了一种新颖、实用的解决方案。本文中的系统已应用于生产实践中。

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