基于GPRS的恒壓供水系統

　　引言

　　恒壓供水在民用、工業領域中應用廣泛，但使用老式控制系統難以得到良好的壓力控制、難以對遠方多個水源選擇性控制，并且人機交互能力也比較差，從而管理難度大，操作復雜，造成人力物力浪費。

　　基于“集中管理，分散控制”的模式，數字化、信息化環保工程的思想，我公司開發了這套基于GPRS的恒壓供水控制系統，并著眼于“管控一體化”信息系統的建設，建立一個先進、可靠、高效、安全且便于進一步擴充的集過程控制、監視、無線控制和計算機控制于一體并且具備良好開放性的監控系統，完成對整個工藝過程及全部生產設備的監測與自動控制，實現“現場無人值守，少人值班，智能調節”的目標。

　　1、系統構成

　　設計的時候，在確保先進、可靠、開放、安全的前提下，始終堅持控制成本的原則。本套系統自動化程度高，人機交互能力強。我公司采用的無線通訊系統組成見圖1（系統結構圖），硬件主要由以下5部分組成：

　　A、1臺主站可編程控制器CPU226 + EM223 + EM222，一臺MM430變頻器；

　　B、3臺從站可編程控制器CPU222 + EM231（1塊四路模擬量輸人模塊）；

　　C、4套GPRS DTU通訊模塊 + 4張移動SIM卡；

　　D、1臺工業計算機（上位機） + 1套“StoneView”組態軟件；

　　E、2面主站操作顯示屏+1面主站控制柜+3面從站控制柜。

　　我公司選擇了西門子S7-200系列PLC控制器CPU226和CPU222。CPU226自身帶兩個可定義通訊口、24DI／16DO，可擴展7個模塊；CPU222帶1個可定義通訊口、8DI／6DO，可擴展2個模塊(詳細內容參見S7—200 編程手冊)。工控機使用PPI協議與主站CPU226 通訊，主站CPU226與從站CPU222采用modbus協議通過GPRS DTU無線終端進行實時通訊。

圖1 系統結構圖

　　GPRS恒壓供水系統在功能上由三部分組成：調度主站及HMI管理部分、GPRS數據傳輸部分、遠程水源從站部分。

　　A、調度主站及HMI管理部分：主站CPU226實時采集液位、流量、壓力等模擬數據，采用PID控制方式控制多臺水泵的工頻、變頻切換，實現了恒壓供水的控制。管理功能強大，能夠定時通過“GPRS數據傳輸部分”向“遠程水源從站”CPU222發送控制、輪詢命令。HMI管理擁有人性化的集中管理界面，直觀、方便，可以完成自動手動控制、報警控制、數據管理、報表管理等功能。

　　B、遠程水源從站部分：從站采用小型PLC-CPU222控制，可以實現手動／自動控制切換，可以完成遠程就地控制，并且可以完成長期無人值守。

　　C、GPRS數據傳輸部分：采用1個主站無線MODEM模塊，3個從站DTU模塊，共4張SIM卡，租用中國移動的GPRS通道，包月上網。

　　2、控制原理

　　主站CPU226通過超聲波液位計探測集水池連續液位，并根據各站水泵給水能力實時判斷開啟一組或多組水泵。為保障水泵壽命我們制作了一開泵矩陣，令水泵輪流給水，并根據管道的延遲，利用二次儀表的回差功能在所設定液位到達前自動停泵。主站實時判斷從站是否出現設備故障及通訊故障，如出現故障即采取聲光報警、解鎖，清除從站水泵開泵條件，并在上位機顯示記錄。另外操作顯示屏顯示集水池水位、每臺泵的備妥信息（設備通電并準備好）、應答狀態（設備運行與否）、故障信息等，操作顯示屏上還設置了單臺泵的啟／停按鈕、每組泵的手動／自動切換按鈕、每組水泵的啟／停按鈕及外輸泵的啟／停按鈕等，操作開關均有手動／自動狀態可選擇。顯示屏上的指示燈指示泵的運行狀態、報警信息及狀態（顯示屏上所有信息均作為上位計算機系統的后備系統）。從站的擴展模擬量輸入模塊采集水泵工作電流，開關量模塊檢測運行狀態、報警狀態。每個從站作為實時控制系統的一個節點，實時*主站的操作命令，并將設備的狀態信息發送給主站。若有異常，立即停泵，并將信息在主站輪詢過程中發回給主站，同時將主站開泵操作命令清除。GPRS模塊負責數據的上傳及下發。上位機負責從主站讀取數據并以人性化的圖形界面顯示并存儲，將各模擬量信息以曲線方式加以記錄，開關量信息以表格方式加以記錄；記錄報警信息、原因、時間等。操作人員可通過上位機上的軟操作按鈕手動開啟某一組或多組子站水泵。該機自動生成班、月報表，并將數據（實時、歷史、報警）采用OPC方式通過局域網上傳給調度站。

　　綜上所述，系統在功能、控制原理上分五個功能單元組成：數據處理單元、報警處理單元、通訊單元和自動控制單元，見圖2 （控制原理圖）。

圖2 控制原理圖

　　3、系統實現

　　3.1組態系統的實現

　　計算機技術及通信技術的飛速發展，為工業開辟了廣闊的發展空間，用戶可以方便快捷地組建優質高效的監控系統，“StoneView”在這方面提供了強有力的支持。

　　“StoneView”把核心監控功能作為一個對象封裝起來，是一套恒壓供水控制系統的管理中心、調度中心。可以完成整個系統的調度功能，顯示現場設備運行情況，實現歷史數據存儲，報警輸出，報表打印等功能，并提供OPC接口與遠方調度站進行實時數據通訊。“StoneView”安裝在一臺工控機上，使用兩個顯示卡，并擴展成兩個組態畫面，每個畫面顯示不同的內容，并進行切換，其組態畫面如下：

圖3 組態畫面

　　3.2 PLC程序的實現

　　水廠供水要保持水壓穩定在一定范圍內，但城市用水量是動態的，白天用水量大，晚上用水量小。如何保證供水量波動時水壓恒定是一個必須解決的問題。本文采用S7-200PLC、西門子MM430變頻器等組成全自動恒壓供水控制系統主站，根據管網壓力自動調節供水流量，使管網壓力恒定。