西门子模块6SL3040-0PA01-0AA0

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　1、 引言

　　随着现代城市的发展，水资源的供应和调度显得十分重要，为了实现水资源的合理统配和调度，通讯系统显得十分重要，针对本系统的通讯的一些问题，我们开拓思维，大胆改造，提出了利用无线通讯系统实现供水的具体方案而且付诸实施。


　　2、工程简介

　　2.1 东阿供水工程的系统简介

　　东阿供水工程是聊城市水利局交给我公司负责的一个项目，目的是解决聊城市供水紧张的问题。

　　东阿供水工程水源地共布设深井12眼，其中1#、2#、3#、4#、5#、6#井用变频器控制深井泵电机，7#、 8#、9#、10#、11#、12#井用软起动器控制深井泵电机。所有井分布在方圆几公里范围，经输水道汇总送水至聊城市水厂蓄水池，距离达四十公里。

　　有两个控制室：

　　一个主控室在水源地，离泵井比较近，约两公里左右，为水源地主控室，统一协调各泵站的运行，进行实地的监测和调度；

　　一个主控室在聊城水利局下属水厂，距离水源地几十公里，目的是监控蓄水情况，同时进行统一供水协调。


　　由于水源地的井分布比较分散，而且距离水源地主控室较远，所以需要建立一套比较*的中心自动控制系统，对分散的各个井进行集中控制和管理。


　　2.2实际控制要求和依据：

　　系统设计能力为6万吨/24小时，平均供水2500立方米/小时；水源地有12眼井供水，其中6台120kw,6台75kw；水厂有2个5000立方米的蓄水池，共计10000立方米；水源地与自来水厂蓄水池的距离为43.5公里，每个泵站的运行要求有手动、自动和远程控制三种方式；所有泵站群设一集中控制室，统一协调各泵站的运行，实现泵群的联网运行；聊城水厂设一远程监控站点，实现远程调度。根据聊城水利局的技术要求，共有12个井位纳入该监控系统，每台泵站井位要对压力信号、流量信号、液位信号、电机电流信号以及电机状态进行检测和控制，水厂储水量为最终被控信号，即在现场泵站合理调度，使其运行在情况下，来保障水厂储水量的正常稳定。


　　3、系统设计及产品选型

　　3.1几种设计方案比较

　　1.无线通讯方式和有线通讯方式的选择

　　1）有线通讯方式是大多数工程普遍采取的通讯方式。它要求在12个井之间铺设长达几十千米的通讯电缆，通讯信号通过通讯电缆进行传送。这种通讯方式技术已经比较成熟，而且通讯信号不易受到外部的干扰，但是它自身也有缺点：

　　通讯电缆的铺设十分繁杂，它需要重新架线或挖沟铺设电缆，而且几十千米的通讯电缆也需要购进，这必将耗费大量的财力物力，使施工周期延长。

　　2）无线通讯方式是比较*的通讯方式，目前尚没有成熟的经验供我们借鉴，因此我们也是在摸索、研究，但是它的潜力十分巨大。

　　与有线通讯相比，它具有很多自身的优点：

　　　　无线通讯是PLC将信号通过数字式电台发射，远方的PLC通过数字式电台进行接收，它不用架设任何通讯电缆，而且数字电台的价格可以接受，与有线通讯相比既省财力又省物力。


　　　　无线通讯可以很方便地进行扩展

　　我们完成的水源地的工程只是东阿一期供水工程今后还要不断地建立新井，若采用无线通讯，新井只需要安装一数字电台，便可以完成与水源地控制室的无线通讯连接，系统的拓展十分的方便、简单。


　　　　覆盖范围广

　　我们选择的数字电台通讯能力可达周围几十公里，通讯几乎可以不受空间的限制。
虽然有线通讯方式已比较成熟稳定，但通过仔细论证，我们决定采用无线通讯方式。



　　2.通讯处理器的选择

　　我们原来准备在水源地控制室采用S7-224 PLC控制器，但在实验阶段发现它在面对繁重的通讯任务时显得力不从心，因此我们决定采用S7-300系列的PLC S7-315，附加专用的通讯模块CP-340实现通讯任务。更换后，发现通讯处理速度明显加快，原来完成12个井的收发通讯操作需要大约1分钟，现在只需要12秒。



　　3.是否用微波通讯

　　水源地主控室和水厂主控室距离40公里，两地传送的数据量不是很大，实时性要求不高，我们选择大功率的数字电台，而没有选择价格较高的微波方式进行通讯。水源地主控室和聊城水厂主控室各放置一个大功率电台。


　　3.2 产品选型

　　根据上述技术要求，在保证完成供水工程工艺技术要求的前提下，控制装置的选择及监控系统的构成应以技术*、运行可靠、操作简单方便、画面美观逼真为出发点。变频器选择西门子MMEco系列的75KW变频器6台；在12个分散泵井上，每个泵井选择1个S7-224 PLC控制器。理由是：单一泵井的通讯任务不多只需要在一定时间内循环接收主站的信号，然后返回一个信号，每个泵井现场的控制任务不多。此外每个泵井还需要1个EM231，1个EM235；水源地控制室选择一个S7-315 PLC控制器，1个CP-340通讯处理器，它是整个水源地的控制中心，通过软件编程可接受来自12个泵站、水厂的各个信号；水厂控制室选择1个S7-315 PLC控制器，3个32输入的SM321，1个32输出的SM322，2个8输入的SM331，1个8输出的SM332；组态监控软件为西门子的WINCC；无线通讯电台选用Friendcom的模块式数传电台。（供水工程系统几何拓扑结构见图1）

　　系统的信息传输采用两种网络，水源地控制室和水厂控制室内采用MPI有线网络；在水源地12个泵站和水源地控制室以及水源地控制室和聊城水厂控制室之间采用快速的无线传输网络。

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　4、软件设计

　　4.1 水源地操作站S7-315的通讯程序

　　1）具体的通讯任务

　　水源地控制室必须不断地保持与12个井的通讯联系，要求速度尽量的快。通过无线电台接收分散的12个井的液位、压力、流量、电机状态及电磁阀信息，传送给上位机，通过无线电台发送至水源地主控室，主控室操作员设置对12个井的控制信号，包括电机的开关、调速等信息，通过无线电台发送至各个泵站，实现远程无线遥控。主站向每个井发送20个字节，从每个井接收20个字节。

　　水源地主控室间隔1分钟向聊城水厂通过大功率无线电台传送水源地的水量情况及井的运行信息，20个字节，以便于上级单位的统一调控和调度；同时从聊城水厂接受上级控制站的控制信息，20个字节。


　　2）主程序流程图：

　

　　中断程序流程图：