王玉湘WANG Yu-xiang

（沈阳航空职业技术学院，沈阳 110034）

（Shenyang Aeronautical Vocational College，Shenyang 110034，China）

0 引言

随着计算机技术的飞速发展和普及，工农业生产和人民生活发生了巨大改变，过去传统的控制方式正逐步被计算机控制所取代，从而节省了大量的人力、物力和财力，特别是在控制精度和控制手段上实现了飞跃发展，人机对话，影像控制等均被引用到人们的日常生产和生活之中。在对某市排水工程的改造中，便引用了这方面的控制手段，实现了具有传感器检测、视频监控、主控室遥控等功能。

城市排水是现代化城市不可缺少的重要基础设施，对城市的建设和经济发展具有全局性、先导性影响的基础产业，是城市水污染防治和城市排渍、排涝、防洪的重要工程。城市排水设施包括：接纳、输送城市排水的管网、泵站、沟渠、起调蓄功能的湖塘、河道以及污水处理厂、污水污泥最终处置及相关设施。城市排水设施是衡量现代化城市水平的重要标志，是改善城市投资环境的重要环节。下面介绍的是基于ADSL 宽带网和PLC 串口通信进行数据传输污水排放远程监控系统。目前，ADSL 宽带网络通信技术已在各行业得到成功应用，城市污水排放远程监控管理系统是通过对污水排放系统的污水水位、水泵启停、用电量等进行监测、控制及远传等手段，实现对污水排放有效的远程监控管理及控制，通过它可以全面地了解城市污水排放系统的运行状况，保证城市污水排放系统安全合理的运行，并可根据运行数据进行城市污水排放的规划和科学调配，为排水部门科学管理提供准确、有效的重要数据。

1 工程改造的目标分析

1.1 改造前状态

①指挥调度监控中心（主站）与各污水排放站（从站）通过电话了解现场污水排放情况，并下达指挥命令。

②污水排放站（从站）电机运转状态、水位靠现场人工目测检测。

③现场污水排放量统计和汇总，靠人工统计、汇总。

1.2 改造后状态

①指挥调度中心集中监视（主站）。

②各排放站（从站）电机运行状态上传监控中心。

③污水排放量统计和汇总上传监控中心。

④日报表、月报表自动生成并上传监控中心。

2 改造方案设计

针对目前状况，采用ADSL 宽带网与现场PLC 和视频服务器进行数据传输污水排放监测系统方案。

系统由监控中心（主站）和n 个污水排放站（从站）组成。从站实现数据和图象采集、存储及上传。从站对污水水位、水泵电流、启／停状态、超限报警等信号进行采集及处理，采集数据通过网络传送到主站，该系统可以对污水排放站进行连续24 小时自动监控。操作人员在监控中心（主站）可以看到n 处从站的各项运行数据，对从站运行情况实现实时监控和管理。

2.1 系统组成 根据n 处从站现有情况和要求，本系统采用集散式结构，通过监控中心（主站）向污水排放站（从站）发布各种控制指令。系统流程框图如图1 所示。

图1

其中，监控中心（主站）由服务器、通讯终端、监控软件、打印机、监控操纵台等组成。污水排放站（从站）由服务器、路由器、PLC、一次测量仪、采集控制箱等组成。

计算机选用普通计算机即可，系统通过宽带网络同污水排放站的PLC 控制器进行数据实时交换，现场采用图像采集和传感器控制系统，对数据进行实时采集和处理。设备的运行状态可以在监控中心（主站）进行实时监视。软件系统具有对各系统运行参数存储、分析、报表输出/打印等功能。

2.2 方案特点

①采用西门子S7-200PLC，具有抗干扰能力强、运行稳定可靠，系统数据传输率高，误码率低等特点；

②采用触摸屏实现人机对话，操作简便，显示直观形象；

③软件功能强大，可满足不同用户需求；

④系统采用高性能的监控单元，性能稳定，具有扩展功能。

2.3 方案实施 由于各现场情况和控制要求基本相同，因此以其中一个从站来分析并制定改造方案，完成电路设计，选取相应的器材，进行现场安装、调试。最终完成全部n 个从站的改造。

2.3.1 现场情况概述 该站具有进水池2 个，进水池水位范围为0～4 米，进水池配六台轴流式污水泵，组成一套排水系统。其中四台水泵型号：20ZLB-70 额定流量：4795M3/h 水泵额定扬程：7.23 米 配套电机型号：JSL12-8电机额定功率：155KW 工作电压：380V/AC。另两台水泵型号：900HD-8 额定流量：11950M3/h 水泵额定扬程：9.0米 配套电机型号：JSL1510-10 电机额定功率：400KW工作电压：5000V/AC。

设备配置：

摄像机2 台（定点1 台，动点1 台）

液位变送器2 个（4～20mA）

电流变送器6 台（其中4 台150A，2 台400A）

2.3.2 电气原理设计介绍

信息采集：

①液位信息采集。液位信息通过污水池上的液位变送器，把液位高度变换成4～20mA 的模拟信号，并送入PLC 中的EM231 模拟量转换模块，将模拟信号变换成数字信号进行数字处理。运算后，将数据结果存入PLC 内部存储器。

②电机运行状态信息采集。电机运行状态通过AS1～AS6 六个继电器分别连接到六个主泵电机的主接触器线圈上。当某主接触器得电吸合（既某泵电机运行），对应的某继电器（AS1～AS6）得电吸合，并利用继电器对应的触电接到PLC 的输入端（I0.0～I0.5），既把某主泵电机运行状态信号送入PLC，通过PLC 内部检测，以“0”或“1”的形式送入PLC 内部存储器。

③泵电机电流信息采集。通过电流变送器将泵电机的实际工作电流变换成4～20mA 的模拟量信号输入到PLC的EM231 模拟量模块中，通过转换将模拟信号变换成数字信号，在进行运算、处理后，将运算结果存入PLC 内部存储器。

④流量和汇总信息采集。PLC 将内部的泵电机运行状态、泵电机运行电流及泵运行流量数据进行运算处理，将运算后的流量和汇总存入PLC 内部存储器。

⑤图像信息采集。图像信息通过现场摄像头将图像信息送入到视频服务器进行数据处理。

2.4 信息传送 PLC 将内部存储器所得到的水池液位、泵运行状态、泵电机电流、污水流量、和汇总数据以串口通讯方式传送给视频服务器。视频服务器再把数据信息、图象信息传送到ADSL 网络，实现数据上传。

2.5 软件程序说明 网络1 是PLC 启动时调用的初始化子程序；网络2 是数据采集进行滤波处理子程序；网络3 是调用流量运算处理子程序；网络4 是串口通讯初始化程序。在程序中0 指令为接收信息完成中断，当PLC 串口0 接收信息完成（或闲置）时，主程序中断去执行中断0 程序；在程序中1 指令为发送信息完成中断，当发送信息完成时，主程序中断去执行中断1 程序。网络13～24 为1#～6#泵运行状态程序。用位存储器V1402.0～1402.5 储存泵运行状态。网络25，26 为1#2#污水池液位运行状态。用位存储器V1461.0，V1461.1 储存液位运行状态。网络27～41为1#～6#泵流量测量值、1#2#池液位测量值运算，并将结果分别存入存储器VD1400～VD1430、VD1462～VD1466。网络42 为汇总瞬时流量。把各泵单位时间流量相加产生单位时间瞬时流量，并存入VD1478 存储器。网络43 为汇总累积流量程序。既把瞬时流量折算成汇总累积流量值（该站总流量），并存入VD1482 存储器中。

2.6 程序实现过程 当PLC 串口闲置（或发送信息完成）时，并且SM87.7 允许接收，主程序网络8 工作，并把接收到的信息存入到PLC 的内部存储器以VB1600（50 个字节）为开始的地址中。当接收信息完成时产生一个中断，程序由主程序转到执行中断0 程序中（网络5 中断0）。在中断0 中进行接收信息比较（既协议效验），如果协议正确，V20.0 位置位，网络11 中T63 定时器经过0.8 秒延时导通；网络12 中M0.0 置位，V20.0 复位；网络9 中M0.0 导通，SM87.7 复位（禁止接收信息），并允许发送信息，既把存储器以VB1400～VB1499 地址内容（泵运行状态、液位状态、水泵流量及汇总流量数据）上传到视频服务器。当信息发送完成后产生一个中断，去执行中断1 程序，首先把接收地址清零，然后再接收新指令信息，周而复始重复上述工作过程。

视频服务器接到信息后再上传到ADSL 宽带网络；监控中心（主站）再从ADSL 网络接收各从站上传的数据，并还原成数据、图像信息以实现信息从从站到主站传输的全过程。

3 结束语

这项改造已经投入使用，性能稳定可靠，电气故障几乎为零，受到用户的好评。通过参与这项改造，不仅把所学知识用于社会，也从中锻炼了自己。通过此项改造，解决了某市排水工程的急需，完成一件造福社会的工程。

[1]程子华.视频学工控—触摸屏应用技术[M].人民邮电出版社,2010,6.

[2]张扬.S7-200PLC 原理与应用系统设计[M].机械工业出版社,2007,7.

[3]西门子S7-200 编程手册.

[4]MD304L（eView）文本显示器编程手册.