基于PLC技術的水利自動化監控系統的設計與應用

張樂為

河北省石津灌區管理局

基于PLC技術的水利自動化監控系統的設計與應用

張樂為

河北省石津灌區管理局

在水利系統的運行中，自動化應用一直處于一個核心位置，整個系統自動化的程度甚至體現了一個國家水利工作的水平，因此水利自動化是一個很重要的部分。而自動化水平一般又依靠水利系統的管理和集中監控的各項參數指標來體現。PLC作為一種全新的技術，可以適應水利系統中的惡劣環境，相對計算機的控制系統，它的穩定性和抗干擾性有更加明顯的優勢。本文主要針對PLC技術的水利自動化監控系統的設計與應用進行簡要分析。

PLC；水利系統；監控系統

1 PLC技術概述

1.1 PLC技術的發展現狀

最初的PLC只有一位機，發展到今天，已經是以16位和32位微處理器構成的微機化PC了，而且處理器的通道也實現了多樣化，這一變化的出現很大程度上得感謝集成電路等微電子技術的大規模發展。如今的PLC技術已經比較成熟了，在原本控制力強、可靠性高、檢測靈活的基礎上又新增了數據處理以及圖象顯示更清晰的特點，使PLC向用于連續生產過程控制的方向發展，成為實現工業生產自動化的一大支柱。目前世界上的PLC生產廠家按照地域可劃分為美國、歐洲和日本三個主要流派，三國之中更是以美國為首。

1.2 PLC技術的優點

PLC技術能夠有這么大的發展與其自身的優點密不可分。首先就是它的高可靠性，在水利自動化監控系統中，數據的可靠性比什么都重要，一旦出現數據的錯誤，就會影響工作人員對整個水利運行狀況的準確判斷。第二大優勢就是編程簡單，使用起來很方便，梯形圖編程就可以滿足基本的需求了，與實際繼電器的控制電路非常相似，一般的水利工作者也能夠掌握這項技術。第三點就是這種技術能夠適應環境的變化，就算是極其惡劣的環境，也能正常的工作，這是別的很多技術設備不具備的優點。再來就是它的外形很小而且質量輕，既不會占用太多的空間，也不會造成過重的負擔。

3 基于PLC技術的系統設計

3.1 總體設計

本系統結合DCS、FCS、PLC，構造控制層、設備層、網絡層。以現場的總線Profibus-DP為例，PLC、I/0設備利用PLC及智能儀器來采集運行數據，控制現場的設備。采用以太網的方式，實現上位機和系統的集控室及值班輪機員艙室、輪機長室等地的監控網絡通信。西門子Step300控制機組、每臺硬件連接、程序設計、各種智能儀器儀表、變送器、轉換器等，獨立地完成程序控制的任務。即使PLC發生了故障，也不會影響其它的控制器正常運行，實現了過程控制級理念，即分散控制。PLC之間，由工控機上位協調來完成整個水利系統監控的任務，通過以太網和駕駛室的操作站等聯系，實現和上層管理級設備的聯系。

3.2 程序設計

3.2.1 組態編輯。通過WinCC工控組態軟件的圖形設計，編輯用戶界面，PLC網絡上獲取各種監控數據，來顯示不同的形式界面，完成一定的功能。操作員通過這些界面知道操作級別、機組運行參數、運行的狀態、報警信息、產生故障報警信息、故障顯示方式等情況。

3.2.2 程序設計。利用圖形的設計功能Win-CC設計，創建一系列用戶的界面，當程序運行時，操作員可通過界面顯示內容和運行監控過程。用戶界面由一系列圖形、按鈕、I/O框、文本框、圖形意義、結構按鈕、I/O框、運行的參數、文本顯示框等組成。

3.2.3 采集和傳遞。計算機在線監控WinCC作為過程映象，由PLC采集繞組的溫度、柴油機滑油的轉速、壓力、電流、電壓、功率、模擬量、數字量、工程化數據、標定、數據塊、讀取數據、歸檔、圖形顯示、打印、輸出處理、顯示操作臺、故障狀態、故障判斷、故障記錄、數據功能、PLC判斷記錄、故障信息和數據、WinCC的故障記錄數據、故障信息、輸出模擬量、輸出數字等到執行的相應機構。

4 水利自動化監管系統在供水工作中的應用

4.1 水利自動化監控系統應用在供水中，實際上是一個綜合

的供水信息管理平臺，將供水公司管轄下的多個水單元納入監控和管理的范圍。通過這個監管系統，調度中心可遠程監測各供水單元的實時生產數據和設備運行參數，對重要的生產位實行監控。

4.2 作用

自動化監控系統可以將各種數據通過采集、傳輸、存貯、處理和分析計算，實現對水利運行的實時掌控，不僅使信息的獲取速度大大提升，精確度也有了相應的提升，對于及時的預報和決策很有效果。

4.3 主要功能

4.3.1 生產調度管理。能夠對生產數據進行實時監測，當具備光纖通信的條件時，還可以對重要部位實行視頻監控，當異常情況發生時，系統可以自動切換到視頻監控畫面。當水位超過警戒線等情況發生時，自動監控系統還可以發出遠程警報。當然，系統還可以進行遠程與近程的隨意切換。

4.3.2 供水調度管理。系統可以對水廠的出水進行流量和壓力的測控，對運行的參數進行及時的校對與恢復，對各區域用水總量和用水大戶的用水量信息也能有一個比較清晰的反饋。

4.3.3 數據統計分析。在對各種數據進行收集后，監控系統能夠將數據進行導出，然后自動生成制水、供水各生產環節的匯總報表和統計報表，省去了工作人員的很多麻煩。系統內部還自帶有數據的分析模型，可以模擬真實情況下的運行狀況，供調度人員作為決策參考。

5 基于PLC技術的監控系統設計與應用

5.1 程序設計

可以利用圖形設計功能進行一系列用戶界面的創造，當程序運行的過程中，操作員可以通過這些界面觀察到不同設備運行的情況，從而實現整體的運行監控。

5.2 可靠性設計

水利系統的現場環境大多數都比較惡劣，容易受到各種的干擾，這對PLC的數據接收與傳送產生了很大的影響，常常會導致錯誤信號的接受與數據的丟失，對整個水利系統的運行造成了阻礙。所以當數據的傳輸距離比較遠時，可選用屏蔽外界信號的高速信號接收器或者干脆選用直接接地的方式，對數據的可靠性都有不同程度的提高。

6 結束語

綜上所述，水利自動化的監控技術必須依據時代的發展進行相應的改革，而PLC技術的運用正好為我國的發展提供了一個契機。將網絡式的實時采集、數據分析、監控管理等融于一體的自動化監控系統，對整個系統的安全性和可靠性有了很好的保障。與此同時，自動化程度的提高減輕了值班的強度，實現了人力資源的優化，對于工作效率的提高有重大的意義。

[1]陳金成;紀超;李亞雄;李斌;王濤;劉洋，基于PLC和組態技術的機采棉加工自動化監控系統的設計[J]新疆農機化，2016

[2]林力華，水利自動化系統的設計與實現，[J]南理工大學，2016