自來水廠監控系統中GPRS技術和PLC的運用

吳笑淵（浦江水務集團有限公司，浙江浦江，322200）

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自來水廠監控系統中GPRS技術和PLC的運用

吳笑淵
（浦江水務集團有限公司，浙江浦江，322200）

摘要：水是生命之源，隨著經濟的發展及人們對水需求量的增大，自來水廠應該逐漸改進著供水系統的運行模式，在監控系統中引進GPRS和PLC技術，不僅能使供水體系更完善，還能進一步提高其智能監管的程度。

關鍵詞：自來水廠；監控系統；GPRS；PLC

1 監控系統結構設計

1.1 系統控制特點和控制要求。監控系統一個顯著的特點就是所需監管的設備總量大，分布廣，造成的后果就是數據傳輸相對分散，傳輸總量相對較大，這就要求數據的傳輸應具備一定的安全可靠性。監管控制系統要求同一管理供水和引水體系，這樣才能保證整個的供水體系高效運作，整個供水過程應保證水廠蓄水池水位的穩定，這樣才能保證城區供水的穩定。

1.2 監控系統的網絡結構。系統的組網原則主要按照“無人值班，少人值守”開展，并根據供水設備的分布情況及對供水設備的控制要求進行適當調整。供水系統網絡組成主要基于PLC控制核心，應用GPRS無線通信技術，采用分層式計算機對供水系統進行監控，整個的監管體系綜合了計算機核心控制、數據遠程采集自動化存儲處理以及網絡通信等多方面技術，為了實現自來水廠的智能化、現代化的監管模式。

如圖1 所示為控制系統的網絡結構的例子。系統按區域主要分為兩部

分：內部廠區和外部廠區。一個PLC S7-200工作站被置于廠區內部，分別通過WDS2710對數據其進行收集。通過兩層網絡結構對其進行網絡連接，上層部分為通過以太網將其與上位機進行連接，下層主要連有232/485轉換模塊對數據進行轉換。廠區外部主要由若干個水源井泵站組成，其控制單元主要由PLC S7-200工作站組成并采用三層網絡結構進行管理，下層也是通過232/485轉換實現總線與水源井所需的智能儀表直接相連，上層網絡結構在廠區內原有兩層網絡結構的基礎上增加了GPRS網絡，以實現監控區與水源井間長距離的數據傳輸。

2 監控系統關于硬件設計

2.1 PLC控制單元。我們這里的主控器主要選擇西門子公司生產的S7200系列的PLC，整個過程的核心控制單元選用CPU226。CPU226同時具備24輸入、16輸入合計40個數字量I/0點，具有高達30kHz的高速計算器6個，同時可以2路同時進行相對獨立的20kHz的高速脈沖輸出，同時主控器還包括了微分、積分、比例控制器。控制系統具備的兩個RS485通信-編程口具有三種通信模式：MPI通信協議、PPI通信協議以及自由方式通信。其中一個接口接通信模塊SINAUTMD720-3，另一個接口連接水位和閘門位置安裝的傳感器。

圖1　控制系統的網絡結構

2.2 人機界面操作站。調控閘門位置的操作站選用的主計算機是研華IPC-610/P4/2.0G/256M/80G型號控制機，附件配有打印機、USB電源及一臺液晶顯示器，操做站上安裝的STMACTICWinCC軟件可以實現對閘門狀態的視頻和數值控制，從而實現對閘門的調節。同時現場還配有通過PROFIBUS-DP總線與EM277相連的SIMATICTP270 型觸摸屏。

2.3 通信監控設備。系統所采用的GPRS無線數據通訊模塊SINAUTMD720 -3是S7-200系列PLC專用模塊，這匯總模塊的組成主要包括天線、GPRS通信管理軟件以及GPRS調制解調器，通過這三個主要部分的連接實現PLC與GPRS的無線連接。這種通信模塊的主要具備了以下幾項功能：鑒于SINAUTMICROSC所具備的路由器功能，實現了與其它調制解調器的數據交換功能；GSM服務的存在實現了SMS和傳真消息的發布；基于IP的設置監控系統可以直接與互聯網建立連接；通過AT命令可以對CSD 和GPRS進行連接；還可以對S7-200的數據訪問起到一定的保護作用。網景達GatePlusVGW2000成為監控系統的首選，因為該款防火墻具有較多的交換機連接口而且具備帶寬綁定功能，除此之外超強的上網管理功能也是我們選擇它的原因。監控系統的數據采集與傳輸涉及以下幾個方面：（1）現場的數據采集和處理，采集和處理工作主要由S7-200完成（2）數據的傳輸，采集的數據經過GPRS模塊，由S7-200傳輸到GPRS網絡，進一步發送到互聯網上（3）之后數據經ADSLModem信號解調、路由端VPN解碼得以穿越防火墻被傳輸到指定的數據中心服務器進行分類和匯總處理（與此同時伴隨著數據中心與PLC工作站間的指令傳輸）。

3 監控體系網絡組態

S7-200PLC對水源井及水泵數據的采集和控制主要是通過下載到控制器中STEP7-MICRO/WIN32V4.0軟件來完成的。STEP7 5.4編程工具可以將采集的數據的管理、編程乃至通信集中到一個共同的環境下完成，其全集成自動化的特點使得成為S7－300PLC 的網絡組態和硬件配置及編程的首要控制單元。I/0控制器，只需要對TCP/IP程序交換的專用模塊進行調節，調節出功能模塊FB63和FB64，便可實現PN-I/0控制器間的數據傳輸和通信。

4 結束語

通過先進的GPRS技術實現自來水廠對各個環節的遠程監控，運用穩定、便捷、安全的PLC硬件對水處理的各個現場環節進行控制，GPRS與PLC技術的結合使得自來水廠的供給能力得到很大程度提高，同時自動化程度的提高進一步改善了自來水廠工作人員的工作環境，提高了自來水廠向市區供水的效率。

參考文獻

[1]賴源平，劉振汗，梁聯堅．南洲水廠自動化綜合監控系統[J]．中國給水排水，2006，22（20）：61－65．

[2]劉立康,孫龍杰.移動通信技術與終端[M].北京:電子工業出版社,2011.

圖2　網絡組態示意圖

圖2　為網路組態圖。從圖中可以看出加藥間在與泵池通過PLC進行相互操作和通信時，采用的是無需添加任何硬件便可通過PLC集成的PN口進行互聯網通信的DX通信方式，這種方式源自PROFINet結構。作為PROFINet結構下兩個完全相同的PN-

Application of GPRS technology and PLC in monitoring system of water supply plant

Wu Xiaoyuan

（Pujiang Water Group Co., Ltd.Zhejiang Pujiang，322200）

Abstract：Water is the source of life,With the development of economy and people's demand for water increases,Waterworks should gradually improve the water supply system operation mode,Introduction of GPRS and PLC technology in the monitoring and control system,not only can make the water supply system more perfect,also can further improve the degree of intelligent regulation.

Keywords：Waterworks;Monitor and control system;GPRS; PLC