??? 摘? 要： 為了對(duì)水資源進(jìn)行合理調(diào)配，設(shè)計(jì)了一套基于組態(tài)王的水源地遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)采用組態(tài)王軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),并實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)PLC的通信。系統(tǒng)通過(guò)組態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示等各種功能,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程。?
??? 關(guān)鍵詞： 水源地； 組態(tài)王； MODBUS； 計(jì)算機(jī)控制； PLC
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??? 烏魯木齊河發(fā)源于天山山脈，屬內(nèi)陸河，總長(zhǎng)214.3 km，流域面積為4 687 km2，是新疆首府烏魯木齊市最主要的水源。甘河子水源地有一個(gè)分控中心，周圍20 km2范圍內(nèi)分布了10口水源井，測(cè)控點(diǎn)距離分控中心的距離200 m~1 500 m不等，地域分布較為分散。烏魯木齊河管理處為了對(duì)分散的站點(diǎn)進(jìn)行集中監(jiān)控，提高供水調(diào)度、防洪的決策能力,提升管理水平，建立了自動(dòng)化系統(tǒng)[1]。?
??? 組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作及數(shù)據(jù)資源管理于一體，將一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部的各種設(shè)備和應(yīng)用及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理，非常適用于對(duì)分散的站點(diǎn)進(jìn)行集中監(jiān)控。?
1 系統(tǒng)概要?
??? 上位機(jī)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控和管理泵站運(yùn)行, 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種數(shù)據(jù)及設(shè)備運(yùn)行,并提供圖形和文本形式的顯示,對(duì)各種故障報(bào)警,進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、動(dòng)畫(huà)連接及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、報(bào)表制作及打印。系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用北京亞控自動(dòng)化軟件公司開(kāi)發(fā)的組態(tài)王軟件。?
??? 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。?
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??? 在與下位機(jī)PLC通信時(shí)，組態(tài)王要進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。組態(tài)王的設(shè)備管理增加了驅(qū)動(dòng)設(shè)備的配置向?qū)?，工程人員只要按照配置向?qū)У奶崾具M(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，選擇I/O設(shè)備的生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通信方式，指定設(shè)備的邏輯名稱和通信地址，組態(tài)王即可自動(dòng)完成驅(qū)動(dòng)程序的啟動(dòng)和通信，不再需要工程人員人工進(jìn)行。本系統(tǒng)中主要設(shè)置是：在生產(chǎn)廠家、設(shè)備名稱、通信方式窗口中選擇莫迪康MODBUS(RTU)串行,通信時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿? 600 b/s,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,奇偶校驗(yàn)為偶校驗(yàn),H/W類型為RS485,設(shè)備地址為1。?
??? 上位機(jī)中的組態(tài)王軟件所要監(jiān)控的參數(shù)有：各泵房的地下水水位、各深水泵出水口的流量、各泵的運(yùn)行狀態(tài)、水泵從最后一次啟動(dòng)到查詢時(shí)所運(yùn)行的時(shí)間、各水泵運(yùn)行狀態(tài)的控制。?
2 要求組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)的功能?
??? 組態(tài)王軟件具體完成的功能：?
??? (1)數(shù)據(jù)采集與顯示功能：監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)要求從數(shù)據(jù)庫(kù)中取得所需的信息并進(jìn)行相應(yīng)的處理，同時(shí)把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示給用戶，用戶可以通過(guò)提供的目錄，準(zhǔn)確、快速地找到相關(guān)設(shè)備的狀態(tài)信息[2]。?
??? (2)用戶界面功能：界面是人與程序交互的起點(diǎn)，一個(gè)好的系統(tǒng)首先要擁有一個(gè)好的友善的用戶界面。系統(tǒng)的用戶界面應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)潔和人性化，能夠讓使用者方便、輕松、舒適地使用，系統(tǒng)提供的功能要完整明確易懂地出現(xiàn)在用戶界面上。?
??? (3)安全功能：任何時(shí)候，系統(tǒng)的安全都是一個(gè)非常重要的方面，系統(tǒng)軟件要能保護(hù)系統(tǒng)中的信息安全，防止惡意破壞。不許無(wú)權(quán)限的人觀察到重要資料和進(jìn)行有關(guān)操作。對(duì)于系統(tǒng)中的使用者也要進(jìn)行權(quán)限分級(jí)，重要的操作只能由特定的人員進(jìn)行。?
??? (4)管理功能：遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不僅要使得管理人員能夠從個(gè)人計(jì)算機(jī)上觀測(cè)到系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，還要能夠讓管理人員在必要時(shí)進(jìn)行必要的管理操作，例如控制系統(tǒng)某個(gè)部分的運(yùn)行、開(kāi)關(guān)等。監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)面向用戶的電子化工作制度，通過(guò)對(duì)設(shè)備資料、運(yùn)行資料、操作記錄的查詢和分析，為監(jiān)控運(yùn)行的維護(hù)人員對(duì)設(shè)備的管理以及對(duì)運(yùn)行維護(hù)人員維護(hù)工作的綜合管理提供手段。?
??? (5)配置管理功能：配置管理用于監(jiān)控對(duì)象和監(jiān)控系統(tǒng)自身的增加、修改和刪除管理。它應(yīng)操作簡(jiǎn)單、方便直觀而且具有兼容性，可以在線進(jìn)行配置，不中斷系統(tǒng)的運(yùn)行。配置資料的錄入要求簡(jiǎn)潔明了，易于理解和操作。?
??? (6)報(bào)警功能：當(dāng)檢測(cè)到某種危險(xiǎn)信號(hào)或是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)定不合理時(shí)，系統(tǒng)軟件要能向管理人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并能在查看報(bào)表時(shí)，生成與報(bào)警相關(guān)的一些報(bào)表[3]。?
??? (7)報(bào)表功能：系統(tǒng)中的過(guò)程數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)是通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表反應(yīng)出來(lái)的。它既能反應(yīng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的生產(chǎn)情況又能對(duì)長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析,使管理人員能夠掌握和分析生產(chǎn)過(guò)程情況。本設(shè)計(jì)中報(bào)表系統(tǒng)不僅能夠?qū)?shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,還能根據(jù)具體情況進(jìn)行查詢。?
3 系統(tǒng)畫(huà)面?
3.1 設(shè)計(jì)圖形畫(huà)面?
??? 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)的主要監(jiān)控畫(huà)面包括：封面、主界面、各泵運(yùn)行狀態(tài)、1～10號(hào)井的動(dòng)態(tài)畫(huà)面、1～10號(hào)井實(shí)時(shí)趨勢(shì)、1～10號(hào)井歷史趨勢(shì)、1～10號(hào)井報(bào)警界面、1～10號(hào)井報(bào)表界面。?
??? 在工程管理器中新建工程，建立工程名，選擇保存路徑。列出總的設(shè)計(jì)計(jì)劃后，首先決定哪些變量需要報(bào)警操作，在工程瀏覽器左側(cè)的菜單中雙擊報(bào)警組，新建1號(hào)井到10號(hào)井的報(bào)警組。?
??? 在數(shù)據(jù)詞典中定義各個(gè)變量，再進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接，可以得到動(dòng)態(tài)畫(huà)面，使組態(tài)系統(tǒng)形象地向操作員演示實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行情況。?
??? 下面以1號(hào)井為例，介紹主要的組態(tài)畫(huà)面。運(yùn)行時(shí)，各個(gè)畫(huà)面通過(guò)按鈕實(shí)現(xiàn)切換。?
??? 如圖2所示，1號(hào)井畫(huà)面中顯示的內(nèi)容有：系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間、水泵電機(jī)是受本地控制還是遠(yuǎn)程控制、水泵遠(yuǎn)程控制按鈕、水泵運(yùn)行狀態(tài)指示燈、水泵運(yùn)行時(shí)間、水泵流量、1號(hào)井地下水水位及其報(bào)警顯示燈。畫(huà)面經(jīng)過(guò)動(dòng)畫(huà)連接后，可以動(dòng)態(tài)顯示水泵的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止?fàn)顟B(tài)，并可以形象地顯示水流以及地下水水位的變化情況。?
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??? 圖3、圖4、圖5分別顯示1號(hào)井地下水水位和水泵出水口流量的歷史趨勢(shì)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史報(bào)警、實(shí)時(shí)報(bào)警以及實(shí)時(shí)報(bào)警情況的報(bào)表。?
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??? 1號(hào)井報(bào)表畫(huà)面如圖6所示，可以查詢并打印班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表和月報(bào)表。必要時(shí)可以查詢?nèi)我鈺r(shí)刻1號(hào)井的各種數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。1號(hào)井主界面如圖7所示。?
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??? 各泵運(yùn)行狀態(tài)畫(huà)面如圖8所示，畫(huà)面中的儀表顯示的是1號(hào)井的地下水水位，如果地下水水位過(guò)低，低于水位的報(bào)警界限，則地下水水位報(bào)警指示燈會(huì)提醒操作員注意，從而能及時(shí)處理，避免故障情況發(fā)生。該畫(huà)面同時(shí)還可以顯示各水泵的實(shí)時(shí)流量以及各個(gè)水泵由啟動(dòng)開(kāi)始計(jì)時(shí)以來(lái)，總共運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間。?
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3.2 構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)變量?
??? 數(shù)據(jù)庫(kù)是組態(tài)王的核心部分,在組態(tài)王運(yùn)行時(shí),工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)狀況要以動(dòng)畫(huà)的形式反映在屏幕上,操作者在計(jì)算機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),所有這一切都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上位機(jī)和下位機(jī)的橋梁。在運(yùn)行時(shí),數(shù)據(jù)庫(kù)中存放的是變量的當(dāng)前值,變量分為I/O變量和內(nèi)存變量,變量的集合形象稱為“數(shù)據(jù)詞典”,數(shù)據(jù)詞典記錄了所有用戶可使用的數(shù)據(jù)變量的詳細(xì)信息,構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)的變量就是將I/O變量寫(xiě)入數(shù)據(jù)詞典。I/O變量是指可與外部數(shù)據(jù)采集程序直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的變量,如在本系統(tǒng)中從PLC采集的數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)交換是雙向的、動(dòng)態(tài)的,即當(dāng)組態(tài)王運(yùn)行時(shí),每當(dāng)I/O變量的值改變時(shí),該值會(huì)自動(dòng)寫(xiě)入下位機(jī)或其他應(yīng)用程序;而每當(dāng)下位機(jī)或應(yīng)用程序中的值改變時(shí),組態(tài)王系統(tǒng)中的變量值也會(huì)自動(dòng)更新。所以, 在本系統(tǒng)中,那些從下位機(jī)PLC采集來(lái)的數(shù)據(jù)及發(fā)給下位機(jī)的指令,如“泵房地下水水位”、“水泵運(yùn)行狀態(tài)”等變量,都要設(shè)置成I/O變量[3]。?
??? 在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中的I/O變量值正是從PLC采集來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),完成上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)連接與交換。?
3.3 動(dòng)畫(huà)連接?
??? 動(dòng)畫(huà)連接就是建立畫(huà)面的圖素與數(shù)據(jù)庫(kù)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,使現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)動(dòng)態(tài)地反映到圖形界面上,從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫(huà)效果。如對(duì)水泵進(jìn)行動(dòng)畫(huà)連接,當(dāng)水泵開(kāi)啟時(shí),用綠燈顯示,并且管道中會(huì)有水流動(dòng)。水泵停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),用紅燈顯示,管道中的水停止流動(dòng)。建立動(dòng)畫(huà)連接時(shí),用到了大量的命令語(yǔ)言進(jìn)行程序的編制,通過(guò)對(duì)程序的編寫(xiě),很好地完成了畫(huà)面動(dòng)態(tài)顯示。?
??? 下面的程序是用來(lái)顯示水泵運(yùn)行時(shí)間的：?
??? 進(jìn)入事件命令語(yǔ)言編輯器，事件描述中寫(xiě)入“本站點(diǎn)泵1==1”，單擊“發(fā)生時(shí)”，寫(xiě)入程序：?
??? 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)時(shí)=本站點(diǎn)＄時(shí);?
??? 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分=本站點(diǎn)＄分;?
??? 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)秒=本站點(diǎn)＄秒;?
??? 單擊“存在時(shí)”，寫(xiě)入程序：?
??? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間= 0;?
??? //計(jì)算秒?
??? ? if (本站點(diǎn)＄秒<本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)秒)?
???? ?? ?{本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間=60+本站點(diǎn)＄秒-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)秒;?
????? if(本站點(diǎn)＄分<本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分)?
??? ???? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間=本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間+(本站點(diǎn)＄時(shí)-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)時(shí)-1)*3 600+3 600+(本站點(diǎn)＄分-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分-1)*60;?
???else?
???????? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間=本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間 +(本站點(diǎn)＄時(shí)- 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)時(shí))*3 600+(本站點(diǎn)＄分-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分-1)*60;}?
?? else?
??? {本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間=本站點(diǎn)＄秒 -?本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)秒;?
? ??? if (本站點(diǎn)＄分<本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分)?
?????? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間=? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間 +(本站點(diǎn)＄時(shí)- 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)時(shí)-1)*3 600+3 600+(本站點(diǎn)＄分-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分)*60 ;?
?? else?
??????? 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間= 本站點(diǎn)泵1運(yùn)行時(shí)間+(本站點(diǎn)＄時(shí)- 本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)時(shí))*3 600+(本站點(diǎn)＄分-本站點(diǎn)泵1啟動(dòng)分)*60;}?
??? 本系統(tǒng)現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行兩年多，運(yùn)行結(jié)果表明，基于組態(tài)王的監(jiān)控系統(tǒng)能充分滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的要求，本監(jiān)控系統(tǒng)可節(jié)省人力，降低制水成本，完成了水源地流程的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了泵房現(xiàn)場(chǎng)狀況監(jiān)控和設(shè)備管理等功能，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)報(bào)表的存儲(chǔ)、打印。對(duì)水源地供水系統(tǒng)的安全運(yùn)行、提高供水質(zhì)量、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了至關(guān)重要的作用。?
參考文獻(xiàn)?
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