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    1.引言

    （1）火車站給水系統(tǒng)概況和意義

    傳統(tǒng)的車站加水方法并不能及時排除旅客在列車上的用水問題，不僅給旅客造成諸多不便，而且在運輸高峰時期給火車站的調(diào)度工作帶來了很大的負擔。基于PLC的列車給水監(jiān)測系統(tǒng)雖然能有效的核算列車用水量，完成各項控制功能，但是在某些偏遠的無人值守車站或者是不便于布線的偏遠地區(qū)，水源距離主控室又很遠，這種情況下要確保旅客列車的正常飲用水和生活用水，需要建立一套先進的中心自動控制系統(tǒng)，對分散的水源集中管理和調(diào)度。其核心方法就是通過PLC結(jié)合自動控制技術(shù)，計算機技術(shù)和無線通訊技術(shù)來進行無線遙測遙控。這套系統(tǒng)對于解決水資源的合理調(diào)配及火車站給水系統(tǒng)的智能化控制管理創(chuàng)造了便利的條件。

    （2）應(yīng)用行業(yè)：鐵路、給水

    （3）使用的產(chǎn)品：OMRON CP1H

    （4）應(yīng)用的主要的主要工藝點及要解決的主要問題：信號遠距離無線傳送、無協(xié)議通訊

    2.系統(tǒng)方案

    2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    火車站給水系統(tǒng)分為三個部分：水源井控制部分，無線通訊部分和清水池部分。如圖1所示

    2.2 水源井控制部分

    水源井控制部分的硬件組成：液位傳感器、給水泵、一塊研華ADAM4050模塊、一塊研華ADAM4017模塊。研華ADAM4050模塊具有7通道數(shù)字量輸入和8通道數(shù)字量輸出，分別用于檢測泵的運行故障和控制泵的啟停。研華ADAM4017模塊將液位傳感器的液位信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再轉(zhuǎn)化成工程量，以RS-485通訊協(xié)議進行通訊。

    2.3 清水池控制部分

    清水池附近設(shè)有主控室，協(xié)調(diào)泵站的運行，進行實地的監(jiān)測和調(diào)度。主控室部分的硬件組成：液位傳感器、OMRON CP1HXA40DT-D型PLC、一臺PC機。PLC與上位機以RS-232協(xié)議進行直接的通訊。

    2.4 無線通訊

    2.4.1捷麥DMD21M數(shù)傳模塊

    無論是上位機傳給模塊還是模塊傳給上位機的數(shù)據(jù)都采用無格式傳送（透明傳送）。所謂透明數(shù)據(jù)傳輸是指：上位機與模塊進行信息交換的數(shù)據(jù)格式，沒有象指令字頭、結(jié)束符等數(shù)據(jù)包信息，只要上位機串口有數(shù)據(jù)輸出，模塊就把串口的數(shù)據(jù)以無線方式編碼發(fā)送；當接收模塊接收到發(fā)射模塊發(fā)送的的無線數(shù)據(jù)信號后進行解碼，把解碼后的數(shù)據(jù)按發(fā)送端的格式從串口輸出。也就是說模塊對使用者是開放的、透明的，且無需改變原有通信程序及連接方法。當模塊收到上位機的數(shù)據(jù)后,模塊先判斷收到的數(shù)據(jù)是命令還是發(fā)送數(shù)據(jù),若是命令則執(zhí)行相應(yīng)的命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，然后啟動發(fā)送打包程序。發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)打成適合無線發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將一些控制信令動態(tài)地插入到數(shù)據(jù)包中。

    在接收狀態(tài)下，接收機總是接收碼流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻進行位同步，獲得位同步后進行碼同步，碼同步完成后接收數(shù)據(jù)及控制信息。收到數(shù)據(jù)后，按規(guī)定的串口幀格式傳送給上位機。需要注意的是，捷麥DMD21M數(shù)傳模塊的通信是半雙工的。即無線模塊發(fā)射數(shù)據(jù)時模塊不能接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時模塊不能發(fā)射數(shù)據(jù)。因此在通信編程時應(yīng)將收發(fā)的時間錯開。

    2.4.2 OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC與研華模塊的無線通訊

    OMRON CP1H PLC內(nèi)置模擬量輸入/輸出， 該模塊通過發(fā)出ASC碼格式的簡單命令，并以RS-232通訊協(xié)議與捷麥數(shù)傳模塊進行通訊。考慮到研華模塊的自定義協(xié)議，這里只能采取無協(xié)議通信。所謂無協(xié)議通訊，即不使用固定協(xié)議（協(xié)議）不經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、通過通信端口輸入輸出指令（TXD、RXD 指令）發(fā)送接收數(shù)據(jù)的功能。這種情況下，通過系統(tǒng)設(shè)定，將PLC串行端口的串行通信模式設(shè)為無協(xié)議通信。通過該無協(xié)議通信，PLC與帶有RS-232C 端口（或RS-422A/485 端口）的通用外部設(shè)備之間，按照TXD、RXD 指令進行單方地發(fā)送接收數(shù)據(jù)。

    通過遠方的研華亞當模塊，將采集的水源井的液位和給水泵的運行狀態(tài)等測控信號按RS-485通訊協(xié)議，發(fā)送至捷麥的數(shù)傳模塊，數(shù)傳模塊將打包后的數(shù)據(jù)經(jīng)無線通道發(fā)送；本地主控室接收端的數(shù)傳模塊再將接收的數(shù)據(jù)和命令一并發(fā)送至PLC，PLC根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行分析，完成各項邏輯控制，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機。整個過程不用架設(shè)任何通訊電纜。上位機與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。在通信前串口的數(shù)據(jù)幀格式（8個數(shù)據(jù)位或9 個數(shù)據(jù)位）與速率應(yīng)與模塊的設(shè)置一致。

    2.5 系統(tǒng)的主要設(shè)計原則

    本站按無人值班來設(shè)計，初期為少人值班，待取得一定的運行經(jīng)驗后將逐步過渡到無人值班。

    3.軟件

    軟件設(shè)計需完成以下控制要求：先檢查水源井水位是否達到設(shè)定的下限液位。若已經(jīng)低于下限液位，則觸發(fā)報警信號；若處在正常液位，則檢查清水池液位。清水池液位未達到設(shè)定的液位上限時，才根據(jù)需要啟動給水泵工作；若高于設(shè)定的上限液位，則發(fā)出給水泵停止工作的指令。如圖2所示。

    3.1 控制程序

    采用OMRON電氣公司開發(fā)的與PLC相配套的CX—Programmer7.1編程軟件來編寫研華模塊的指令程序和水塔、清水池的控制程序。CX—Programmer7.1編程軟件是與OmronPLCs進行通訊和監(jiān)控的中介軟件，通過CX-Programmer 的的操作，可將CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入到存儲盒，寫入的數(shù)據(jù)可逐個地指定。也可對存儲盒內(nèi)保存的數(shù)據(jù)及CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)進行核對。

    3.2 參數(shù)設(shè)置

    用捷麥的測試軟件對無線數(shù)傳模塊進行參數(shù)設(shè)置。利用測試軟件測試通信質(zhì)量，檢驗組網(wǎng)的可行性。

    3.3 組態(tài)軟件

    組態(tài)控制技術(shù)最大的特點就是從硬件設(shè)計到軟件開發(fā)都具有組態(tài)性，采用美國wonderware公司的InTouch組態(tài)軟件編制整個工藝流程的設(shè)備狀態(tài)，實時監(jiān)測和記錄給水泵的開、停、故障狀態(tài)記錄。該系統(tǒng)簡單、實用、方便、可靠、性價比高，可視化和圖形化的管理功能為管理和運行能夠提供了方便。通過了驗收鑒定，系統(tǒng)各項控制指標達到了預(yù)定要求。

    3.4 OPC軟件

    在該控制系統(tǒng)中，因子控制系統(tǒng)分散，并且采用不同廠家的設(shè)備和方案。所以要將這些子控制系統(tǒng)集成，并架構(gòu)統(tǒng)一的實時監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的實時監(jiān)控系統(tǒng)需要解決分散子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，各子系統(tǒng)需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)相應(yīng)控制指令，再考慮到實時監(jiān)控系統(tǒng)往往需要升級和調(diào)整，就需要各子系統(tǒng)具備統(tǒng)一的開放接口。 OPC（OLE for Process Control） 規(guī)范正是這一思維的產(chǎn)物。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。通過OPC定義的開放接口，可以實現(xiàn)利用PC機上的組態(tài)軟件和模塊間數(shù)據(jù)交換，從而對被控設(shè)備的遙測遙控。

    4.方案取得的效果和示范性

    在本工程項目中可以實現(xiàn)點對點直線距離15000m的通訊要求，自試用運行以來，控制功能穩(wěn)定，設(shè)備運行良好在鐵路行業(yè)中的廣泛推廣具有良好的前景。

    參考文獻

    [1] SYSMAC CP系列CPIH CPU單元編程手冊

    [2] D21DM/D21DH 無線數(shù)傳模塊使用說明V4.2

    [3] 工業(yè)自動化解決方案產(chǎn)品選型目錄，研華科技

    [4] COM和OPC技術(shù)在工業(yè)組態(tài)軟件中的應(yīng)用

    [5] 邱曉榮,西鵬.淺談Intouch軟件包的應(yīng)用和開發(fā).選煤技術(shù),2000（2）

    此文摘自中國傳動網(wǎng)。