基于欧姆龙plc与分布式i_o模块的水厂无线遥控系统研究和设计

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1、万方数据742化工自动化及仪表第38卷基于欧姆龙PLC与分布式I／O模块的水厂无线遥控系统研究和设计郭荣祥马和平马磊(内蒙古科技大学信息工程学院，内蒙古包头014010)摘要设计了水厂无线遥控系统的硬件电路和上位机软件控制系统。研究了负压力波一流量法诊断供水管网泄漏的方案，实现了井群水泵控制及供水管网流量、压力等相关参数采集和传输，为供水系统安全稳定运行提供了保障。关键词供水系统欧姆龙分布式I／O模块无线通信泄漏检测中图分类号TP29文献标识码A文章编号1000—3932(2011)06-0742-05供水系

2、统以及水厂是重要的公共服务性基础设施，随着城镇人民生活水平的改善，对供水质量的要求也在不断提高，因此加强供水企业的自动化水平及信息化管理水平已成为供水行业的紧迫任务。可编程逻辑控制器(PLC)具有高可靠性、模块化结构以及编程简单等特点，可实现过程参数实时采集和逻辑控制。近些年已被广泛用于供水企业的各个生产环节中，如水源汲水、净水处理及加压供水等生产现场。分布式I／0模块采用嵌入式控制器，自身带有RS485通信接口可与GPRS等通信设备结合使用。其体积小，功能模块化，设置指令简单，运行稳定可靠，已成熟运用到各类

3、监控和数据采集系统中(SCADA)。水源井群一般较分散且距离各级泵站或水厂较远，使用线缆连接各种仪表传感器等设备投资成本高、系统接线复杂、可靠性低且维护难度大。各种传感器、执行器与控制器之间使用无线通信方式进行数据传输，易实现分散控制集中管理，具有结构简单、维护方便及开发成本低等特点，可有效解决线缆连接所带来的问题。因此，研究和设计无线遥测遥控系统在工业过程生产中的应用，已成为工业自动化领域重点和热点之一。1系统工作原理及实现方案1．1系统工作原理本系统用于水生产过程控制，主要完成5口水源井的水泵电机启停控制

4、、电机相关运行参数检测，供水管网压力、流量测量及水厂本地供水压力、出水流量和蓄水池液位等数据监测。井群与水厂半径距离大约3kin，分布在水厂西南至西北两个方向。主站即为管理人员操作站(或称主控站)，可以遥控远方从站设备正常启动、停止以及复位；从站即为控制站，主要负责现场电机的启动与停止功能等¨1。水厂控制室设工作主站，5口水源井设工作从站；水厂控制室向井群发启停信号，对应水源井收到水泵启动或停止信号后执行水厂工作主站操作并监测水泵电机运行状况。水务调度中心监控各水厂生产情况和供水管道是否有泄漏发生。工作主站与

5、工作从站间、管理主站与管理从站间均采用无线通讯方式完成各站的信号联络与数据传输。1．2负压力波流量法泄漏定位原理泄漏是由于密闭容器、管道及设备等内外两侧存在压力差，在使用过程中，内部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超出允许量的一种现象【21。在管道发生泄漏时，泄漏处流体损失引起局部流体密度减小，产生瞬时压力降和速度差，供水管道泄漏检测以泄漏前压力作为参考标准，泄漏时产生的减压波为负压波。当管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点的流体迅速流失，压力下降，泄漏点两边的

6、液体由于压差而向泄漏点处补充"1。负压波总是沿着管道以一定速度向其上、下游两端传播，根据泄漏点的不同，负压力波到达收稿日期：2011-04-26(修改稿)万方数据第6期郭荣祥等．基于欧姆龙PLC与分布式IfO模块的水厂无线遥控系统研究和设计743管道上、下游两端的时间也不同。由于负压力波的传播速度近似声音在水中传播速度即1km／s以上，远大于管道中水流速度，因此可忽略水流速度。假设t，和t：分别为上下游两端接收到负压力波的时间泄漏点距离上游的位置石为：霉；—VA_t+L(1)霉=——_=■一II，式中△f——

7、屯和t2的时间差值，At=tl—t2；y——负压力波传播速度，m／s；￡——管道长度，m。式(1)成立的条件是口恒定。只要能测定缸，就可以用式(1)计算出泄漏点位置茗。在管道上游站进口和下游站出口分别安装压力和流量传感器，不间断采集供水管道的压力和流量值。当管道某点发生泄漏时，上游站的出站压力有所下降，而流量有所上升，下游站的进站压力、流量都将有所下降。当调节水泵使转速升高时，上游出站压力、流量都将增大，下游站进站压力、流量都上升；当水泵转速降低时，上游站的出站压力下降、流量减小，下游站的进站压力及流量也都下

8、降。采用压力流量联合判断方法来监测管道泄漏，可以降低误报率。1．3系统实现方案根据水生产工艺流程，系统分为：水源井、水厂、供水管网、水务调度中心。水源井与水厂直线距离一般在几公里到几十公里不等，且需要测量和控制的参数实时性较高。数传电台传输速率快、实时在线、响应及时，可适用实时性要求高的场合。水源井与水厂间采用数传电台通信，可实现井群水泵的实时遥控遥测，其设计方案如图1所示。图1系统结构图水厂与调度