??? 摘? 要： 為了對水資源進行合理調配，設計了一套基于組態(tài)王的水源地遠程監(jiān)控系統(tǒng)。上位機采用組態(tài)王軟件進行設計,并實現(xiàn)與下位機PLC的通信。系統(tǒng)通過組態(tài)技術實現(xiàn)畫面顯示等各種功能,實時監(jiān)測生產過程。?
??? 關鍵詞： 水源地； 組態(tài)王； MODBUS； 計算機控制； PLC
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??? 烏魯木齊河發(fā)源于天山山脈，屬內陸河，總長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分控中心，周圍20 km2范圍內分布了10口水源井，測控點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分散的站點進行集中監(jiān)控，提高供水調度、防洪的決策能力,提升管理水平，建立了自動化系統(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)畫面設計、現(xiàn)場操作及數(shù)據(jù)資源管理于一體，將一個系統(tǒng)內部的各種設備和應用及信息交流匯集在一起，實現(xiàn)最優(yōu)化管理，非常適用于對分散的站點進行集中監(jiān)控。?
1 系統(tǒng)概要?
??? 上位機采用工業(yè)控制計算機用于監(jiān)控和管理泵站運行, 實時監(jiān)測各種數(shù)據(jù)及設備運行,并提供圖形和文本形式的顯示,對各種故障報警,進行數(shù)據(jù)庫的建立、動畫連接及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、報表制作及打印。系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺采用北京亞控自動化軟件公司開發(fā)的組態(tài)王軟件。?
??? 系統(tǒng)硬件結構如圖1所示。?
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??? 在與下位機PLC通信時，組態(tài)王要進行相應的設置。組態(tài)王的設備管理增加了驅動設備的配置向導，工程人員只要按照配置向導的提示進行相應的參數(shù)設置，選擇I/O設備的生產廠家、設備名稱、通信方式，指定設備的邏輯名稱和通信地址，組態(tài)王即可自動完成驅動程序的啟動和通信，不再需要工程人員人工進行。本系統(tǒng)中主要設置是：在生產廠家、設備名稱、通信方式窗口中選擇莫迪康MODBUS(RTU)串行,通信時數(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,奇偶校驗為偶校驗,H/W類型為RS485,設備地址為1。?
??? 上位機中的組態(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、各泵的運行狀態(tài)、水泵從最后一次啟動到查詢時所運行的時間、各水泵運行狀態(tài)的控制。?
2 要求組態(tài)王軟件實現(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)庫中取得所需的信息并進行相應的處理，同時把監(jiān)測的數(shù)據(jù)實時地顯示給用戶，用戶可以通過提供的目錄，準確、快速地找到相關設備的狀態(tài)信息[2]。?
??? (2)用戶界面功能：界面是人與程序交互的起點，一個好的系統(tǒng)首先要擁有一個好的友善的用戶界面。系統(tǒng)的用戶界面應該盡可能簡潔和人性化，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：任何時候，系統(tǒng)的安全都是一個非常重要的方面，系統(tǒng)軟件要能保護系統(tǒng)中的信息安全，防止惡意破壞。不許無權限的人觀察到重要資料和進行有關操作。對于系統(tǒng)中的使用者也要進行權限分級，重要的操作只能由特定的人員進行。?
??? (4)管理功能：遠程監(jiān)控系統(tǒng)不僅要使得管理人員能夠從個人計算機上觀測到系統(tǒng)的運行狀態(tài)，還要能夠讓管理人員在必要時進行必要的管理操作，例如控制系統(tǒng)某個部分的運行、開關等。監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)面向用戶的電子化工作制度，通過對設備資料、運行資料、操作記錄的查詢和分析，為監(jiān)控運行的維護人員對設備的管理以及對運行維護人員維護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)控對象和監(jiān)控系統(tǒng)自身的增加、修改和刪除管理。它應操作簡單、方便直觀而且具有兼容性，可以在線進行配置，不中斷系統(tǒng)的運行。配置資料的錄入要求簡潔明了，易于理解和操作。?
??? (6)報警功能：當檢測到某種危險信號或是當系統(tǒng)運行狀態(tài)不穩(wěn)定不合理時，系統(tǒng)軟件要能向管理人員發(fā)出報警信號，并能在查看報表時，生成與報警相關的一些報表[3]。?
??? (7)報表功能：系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)是通過數(shù)據(jù)報表反應出來的。它既能反應系統(tǒng)實時的生產情況又能對長期的生產過程數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析,使管理人員能夠掌握和分析生產過程情況。本設計中報表系統(tǒng)不僅能夠對實時數(shù)據(jù)進行記錄,還能根據(jù)具體情況進行查詢。?
3 系統(tǒng)畫面?
3.1 設計圖形畫面?
??? 現(xiàn)場監(jiān)控計算機的主要監(jiān)控畫面包括：封面、主界面、各泵運行狀態(tài)、1～10號井的動態(tài)畫面、1～10號井實時趨勢、1～10號井歷史趨勢、1～10號井報警界面、1～10號井報表界面。?
??? 在工程管理器中新建工程，建立工程名，選擇保存路徑。列出總的設計計劃后，首先決定哪些變量需要報警操作，在工程瀏覽器左側的菜單中雙擊報警組，新建1號井到10號井的報警組。?
??? 在數(shù)據(jù)詞典中定義各個變量，再進行動畫連接，可以得到動態(tài)畫面，使組態(tài)系統(tǒng)形象地向操作員演示實際系統(tǒng)的運行情況。?
??? 下面以1號井為例，介紹主要的組態(tài)畫面。運行時，各個畫面通過按鈕實現(xiàn)切換。?
??? 如圖2所示，1號井畫面中顯示的內容有：系統(tǒng)當前時間、水泵電機是受本地控制還是遠程控制、水泵遠程控制按鈕、水泵運行狀態(tài)指示燈、水泵運行時間、水泵流量、1號井地下水水位及其報警顯示燈。畫面經過動畫連接后，可以動態(tài)顯示水泵的啟動、運行、停止狀態(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號井地下水水位和水泵出水口流量的歷史趨勢、實時趨勢、歷史報警、實時報警以及實時報警情況的報表。?
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??? 1號井報表畫面如圖6所示，可以查詢并打印班報表、日報表和月報表。必要時可以查詢任意時刻1號井的各種數(shù)據(jù)和設備運行狀態(tài)。1號井主界面如圖7所示。?
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??? 各泵運行狀態(tài)畫面如圖8所示，畫面中的儀表顯示的是1號井的地下水水位，如果地下水水位過低，低于水位的報警界限，則地下水水位報警指示燈會提醒操作員注意，從而能及時處理，避免故障情況發(fā)生。該畫面同時還可以顯示各水泵的實時流量以及各個水泵由啟動開始計時以來，總共運行了多長時間。?
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3.2 構造數(shù)據(jù)庫變量?
??? 數(shù)據(jù)庫是組態(tài)王的核心部分,在組態(tài)王運行時,工業(yè)現(xiàn)場的生產狀況要以動畫的形式反映在屏幕上,操作者在計算機前發(fā)布的指令也要迅速送達生產現(xiàn)場,所有這一切都是以實時數(shù)據(jù)庫為中介環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)庫是聯(lián)系上位機和下位機的橋梁。在運行時,數(shù)據(jù)庫中存放的是變量的當前值,變量分為I/O變量和內存變量,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)變量的詳細信息,構造數(shù)據(jù)庫的變量就是將I/O變量寫入數(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、動態(tài)的,即當組態(tài)王運行時,每當I/O變量的值改變時,該值會自動寫入下位機或其他應用程序;而每當下位機或應用程序中的值改變時,組態(tài)王系統(tǒng)中的變量值也會自動更新。所以, 在本系統(tǒng)中,那些從下位機PLC采集來的數(shù)據(jù)及發(fā)給下位機的指令,如“泵房地下水水位”、“水泵運行狀態(tài)”等變量,都要設置成I/O變量[3]。?
??? 在系統(tǒng)運行時,組態(tài)王數(shù)據(jù)詞典中的I/O變量值正是從PLC采集來的實時數(shù)據(jù),完成上位機與下位機的數(shù)據(jù)連接與交換。?
3.3 動畫連接?
??? 動畫連接就是建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應關系。在系統(tǒng)運行過程中,使現(xiàn)場信號動態(tài)地反映到圖形界面上,從而實現(xiàn)了圖形的動畫效果。如對水泵進行動畫連接,當水泵開啟時,用綠燈顯示,并且管道中會有水流動。水泵停止運轉時,用紅燈顯示,管道中的水停止流動。建立動畫連接時,用到了大量的命令語言進行程序的編制,通過對程序的編寫,很好地完成了畫面動態(tài)顯示。?
??? 下面的程序是用來顯示水泵運行時間的：?
??? 進入事件命令語言編輯器，事件描述中寫入“本站點泵1==1”，單擊“發(fā)生時”，寫入程序：?
??? 本站點泵1啟動時=本站點＄時;?
??? 本站點泵1啟動分=本站點＄分;?
??? 本站點泵1啟動秒=本站點＄秒;?
??? 單擊“存在時”，寫入程序：?
??? 本站點泵1運行時間= 0;?
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??? ? if (本站點＄秒<本站點泵1啟動秒)?
???? ?? ?{本站點泵1運行時間=60+本站點＄秒-本站點泵1啟動秒;?
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??? ???? 本站點泵1運行時間=本站點泵1運行時間+(本站點＄時-本站點泵1啟動時-1)*3 600+3 600+(本站點＄分-本站點泵1啟動分-1)*60;?
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???????? 本站點泵1運行時間=本站點泵1運行時間 +(本站點＄時- 本站點泵1啟動時)*3 600+(本站點＄分-本站點泵1啟動分-1)*60;}?
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??? 本系統(tǒng)現(xiàn)已穩(wěn)定運行兩年多，運行結果表明，基于組態(tài)王的監(jiān)控系統(tǒng)能充分滿足對現(xiàn)場控制系統(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時、動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)了泵房現(xiàn)場狀況監(jiān)控和設備管理等功能，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)和設備狀態(tài)報表的存儲、打印。對水源地供水系統(tǒng)的安全運行、提高供水質量、節(jié)能降耗、優(yōu)化管理等方面起到了至關重要的作用。?
參考文獻?
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[3]?陳志軍，南新元，程志江.基于MODBUS的甘河子水源地遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電氣自動化, 2006(2):42-46.