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LM系列小型PLC在污染源在线自动监控系统中的应用

--LM系列小型PLC在污染源在线自动监控系统中的应用

供稿:和利时集团 2009/11/12 23:45:00

0 人气:3608

  • 关键词: 自动监控 PLC; GPRS
  • 摘要:文章介绍了污染源在线自动监控系统(以下简称系统)的结构和工作原理,并采用以 LM系列小型PLC(以下简称LM) 控制器作为数据采集传输仪的核心构建了自动监控系统控制平台,借助GPRS DTU串口透明传输模块实现了远程设备与中心服务器的连接和数据通信。

1 引言
  治污设施运行监控系统是对治污设施的运转情况进行连续监控和记录的网络化监控平台。
  污染源自动监控是环境执法、科学管理的重要手段。污染源自动监控系统的建设和管理依托环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术,是一项复杂的系统工程。
  污染源自动监控系统可分为数据收集子系统和信息综合子系统。
  数据收集子系统是污染治理设施的组成部分,包括在污染源现场安装的污染物排放监控监测仪器(COD、TOC、PH等水污染物在线监测分析仪,二氧化硫、烟尘等气污染物在线监测分析仪)、流量(速)计、污染治理设施运行记录仪(黑匣子)和数据采集传输仪(用于数据的存储、加密,数据包转发、接收以及报警、反控)等自动监控仪器。简称现场机。

图1 系统结构

  信息综合子系统包括计算机信息终端设备、监控中心系统(污染源自动监控中心信息管理软件和数据库等)。简称上位机。
  本文介绍采用LM系列小型PLC作为现场机收集现场数据,并通过GPRS通讯网络与上位机通讯,最终实现上位机在线对现场污染源的监控。

2系统介绍
  2.1 系统描述
  由对污染源主要污染物排放实施在线自动监控(监测)的自动监控监测仪器设备和监控中心组成,简称系统。
  2.2 系统结构
  污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。
  上位机通过传输网络和现场机相互作用,并获取现场数据,具体有两种操作方式:一是现场仪器仪表(以下通称监测仪器)本身具有较强的通信功能,监控现场只有一台仪器,可直接操作现场监测仪器,取得监测数据,执行控制动作,并接收告警信息;二是上位机不直接与监测仪器通讯,而是与数据采集传输仪通讯,数据采集传输仪下接监测仪器。

图2 系统结构

  2.2.1 现场机
  安装在污染源排放口现场,用于监测污染源排污状况及完成和上位机的数据通讯传输的单台或多台设备及设施,它是污染治理设施的组成部分,包括在污染源现场安装的污染物排放监控(监测)仪器、流量(速)计、污染治理设施运行记录仪和数据采集传输仪等自动监控仪器。
  2.2.2 传输网络
  基于TCP/IP 的和非基于TCP/IP的传输网络及之上的连接。数据传输通讯协议在基于不同传输网络(该传输网络被称为基础传输层)的现场机和上位机之间提供交互通讯。应用层依赖于所选用的传输网络,在选定的传输网络上进行应用层的数据通讯,在基础传输层已经建立的基础上,整个应用层的协议和具体的传输网络无关。
  2.2.3 上位机
  安装在各级环保部门,有权限对现场机发出查询和控制等本规范规定指令的数据接收和数据处理系统。包括计算机信息终端设备、监控中心系统等。
3 数据采集仪工作原理及功能
  数据采集仪通过数字通道、模拟通道、开光量通道采集检测仪表的检测数据、状态等信息,然后通过传输网络将数据、状态传至上位机;上位机通过传输网络发送控制命令,数据采集传输仪根据命令控制检测仪表工作。
  数据采集仪通过GPRS无线方式与上位机通讯,数据采集传输仪能通过串行口与具备标准透明传输的无线模块(GPRS DTU模块)连接。
  数据采集传输仪从功能上可分为数据采集单元、数据存储单元、数据传输单元和显示单元等。
  3.1 现场数据和设备运行状态检测功能
  污染物排放数据监测:应能实时采集在线监测仪检测的污染物排放数据。超标后能自动报警。
  治污设施运行监测:对某台设备的监控不应局限于单参数的监测,若有可能,应进行多状态监测,以具有可参照性、逻辑判断性,能进行有效的监测。
  检测设备运行状态监测:应能自动监测在线监测仪、自动采样器等现场仪表、设备的运行状态(运行、停止或故障等)。
  工作环境监测:应能监测现场监测站的运行环境参数(如温度、湿度)、安防报警等信号。
  3.2 远程设置和控制
  应能及时响应监控中心发来的限值设定、仪器调校及启停等操作指令,实现远程操作控制。
  3.3 数据传输功能
  应能按照以下几种方式,实现与监控中心的数据实时通信:
  应答上传:对监控中心发出的数据呼叫请求能及时响应上传;
  定时上传:能根据设定的间隔时间定时上传现场数据给监控中心;
  异常主动上报:当出现污染物超标、治污设施停止运转、现场设备故障等异常情况时能主动上传给上一级监控中心。
  3.4 数据及时间记录储存功能
  能连续存储现场3个月以上的检测数据和操作记录、报警记录、停电记录等事件数据,新数据可以覆盖最早时间数据。采集存储间隔时间可灵活设置。

4 监控系统组成

  4.1 监控系统方案配置
  控制系统现场数据存储显示采用和利时HT6720T系列触摸屏,下位机CPU选用和利时LM3109 PLC控制器;触摸屏通过扩展的LM3331通讯模块走RS232串口线通过标准MODBUS协议与CPU进行通讯。现场数据采集仪表通过直接模拟量输入借口或RS485通讯的方式和CPU之间交换数据。现场机和上位机通过GPRS串口透明传输模块以无线方式交互控制方式。

图3 系统配置图

  4.2控制系统硬件
  4.2.1 GPRS串口透明传输模块
  GPRS串口透明传输模块支持900/1800 MHz系统,提供RS-232接口,支持各种非TCP/IP终端设备数据的透明传输,如各种数据采集设备、图片监控设备、POS/ATM终端、PLC设备等,可广泛应用于数据采集、安全监控、数据记录、遥感勘测、POS/ATM等各种串行数据端口的远程设备与中心服务器的连接和数据通信。
  4.2.2 PLC选型
  本系统采用LM系列PLC控制,配置1个CPU模块LM3109、1个6通道模拟量输入/2通道模拟量输出/1路MODBUS slave通讯模块和1个8通道模拟量输入模块LM3313。
  1)CPU模块:LM3109模块的额定工作电压为AC220V,自带40点I/O,提供24路DC24V输入/16路继电器输出处理。具有1个RS232和1个RS485通讯接口,支持专有协议(仅RS232)/Modbus RTU协议/自由协议。
  2)通讯扩展模块:LM3331额定工作电压24VDC,提供6路电压/电流信号输入、2路电压信号输出处理和1路MODBUS通讯,支持MODBUS RTU从站协议(功能码01/02/03/04/05/06/15/16),通信接口RS232/RS485可选。
  3)模拟量扩展模块:LM3331模块提供8通道模拟量输入通道,输入范围-10V-10V、-20mA-20mA可选,精度可达0.5%FS。主要完成现场模拟量的输入、采集与处理工作。
  4.2.3 显示单元
  显示单元采用和利时HT6720T系列触摸屏,配以监控组态软件来完成。能显示所连接检测仪表的实时数据、小时均值、日均值和月均值,也能显示污染物的小时总量、日总量和月总量。图4-图5为显示单元监控画面。

5 结束语
  本文介绍了基于GPRS网络技术的PLC远程监控技术应用于污染源在线监控系统的设计方案,并给出了数据传输实时性和可靠性关键问题的解决方法,通过应用GPRS无线通信技术,实现了PLC远程实时监控和调试。系统采用GPRS网络具备较好的数据传输安全性,使数据传输抗干扰能力更强,保证了系统的可靠性,该方案使控制系统有机地成为企业整个IT架构的一部分,提高企业的经济效益。同时,本文对远程数据传输以及其它无人值守的系统均有一定的实用价值和指导意义。


参考文献
[1] 王文磊,徐汀荣.PLC和PC基于工业以太网通信研究与实现[J].微计算机信息,2006,13:43-45。
[2] 竹下隆史.TCP/IP综合基础篇.北京:科学出版社,2003。
[3] 深圳宏电技术开发有限公司.H7118S GPRS DTU使用说明书[Z],2007,3。
[4] Jonas Berge著,陈小枫等译.过程控制现场总线[M].北京:清华大学出版社,2003,7。

 

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