Siemens PLC在溫室遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)
發(fā)布日期：2022-04-22 點(diǎn)擊率：25 品牌：西門子_Siemens
1 引言
隨著無(wú)線通訊技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，與架設(shè)專用電纜（或光纜）、租用電信專線等方式相比，無(wú)線通訊以其造價(jià)低、施工快、運(yùn)行可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)正逐漸被人們所重視，并逐步應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)中。
plc是工業(yè)控制中最常用的控制器之一，它運(yùn)行可靠、集成度高、可擴(kuò)展性強(qiáng)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與無(wú)線數(shù)據(jù)通訊模塊結(jié)合在一起，組成無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。可以不拘泥于特定行業(yè)的具體要求，實(shí)現(xiàn)形式多樣的i/o信號(hào)采集和設(shè)備的控制。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、測(cè)試、監(jiān)管等功能，滿足各行業(yè)調(diào)度或控制中心與眾多遠(yuǎn)方站之間的數(shù)據(jù)采集和控制。這無(wú)疑是一種全新的控制系統(tǒng)模式。
本文描述的應(yīng)用正是采用了無(wú)線通訊技術(shù)和plc相結(jié)合的系統(tǒng)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室系統(tǒng)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2 系統(tǒng)功能
本系統(tǒng)的功能主要是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的具體情況和客戶的需求，實(shí)現(xiàn)溫室的溫度自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)、儲(chǔ)水箱的液位自動(dòng)/手動(dòng)控制，以及灌溉、照明、通風(fēng)、給水、排水等功能的遠(yuǎn)程監(jiān)視和本地/遠(yuǎn)程控制。
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)構(gòu)成
3.2 系統(tǒng)說(shuō)明
本系統(tǒng)（如圖1所示）采用傳統(tǒng)的上位機(jī)、下位機(jī)組合控制模式，不同之處在于上、下位機(jī)之間的通訊采用無(wú)線通訊（gprs）和萬(wàn)維網(wǎng)（internet）實(shí)現(xiàn)。其中上位機(jī)采用具有上網(wǎng)功能的pc（也可以采用pda等具有上網(wǎng)功能的終端），下位機(jī)采用西門子s7-200 plc。
（1） 上位機(jī)功能
上位機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)采用市場(chǎng)占有率較高、資源相對(duì)豐富的WINOOWs 2000系統(tǒng)。應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)采用基于WINOOWs平臺(tái)的軟件技術(shù)，根據(jù)客戶需求生成個(gè)性化的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人性化的信息交換。在人機(jī)畫面上，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)控制功能的切換，不僅可以顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，而且可以通過(guò)畫面控制設(shè)備。在畫面上，還可以顯示各種儀表的數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)（溫度、水位等）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及設(shè)定報(bào)警值等功能。
（2） 下位機(jī)功能
根據(jù)監(jiān)控對(duì)象的不同，現(xiàn)場(chǎng)i/o存在著不同的信號(hào)形式。具體形式上有各種具有標(biāo)準(zhǔn)接口或非標(biāo)準(zhǔn)接口的傳感器、變送器和各種執(zhí)行裝置（諸如電機(jī)、電磁閥等）。在本系統(tǒng)中的數(shù)字量i/o有控制照明裝置打開(kāi)/關(guān)閉的繼電器、控制給水泵/排水泵電機(jī)啟動(dòng)/停止的繼電器和接觸器、控制通風(fēng)設(shè)備的繼電器和控制灌溉的電磁閥等。模擬量i/o有溫度信號(hào)、液位信號(hào)（本系統(tǒng)中是4-20ma信號(hào)）。
現(xiàn)場(chǎng)i/o通過(guò)siemens s7-200plc接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理，并根據(jù)上位機(jī)的指令對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工況進(jìn)行判斷、處理。利用plc控制能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備第一時(shí)間的保護(hù)。實(shí)時(shí)對(duì)異常、故障等進(jìn)行處理，并將設(shè)備的狀態(tài)定時(shí)傳送到上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。
4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
4.1 控制方式
本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)程兩種操作方式。該功能通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的本地/遠(yuǎn)程選擇開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。
l 在本地方式下：系統(tǒng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的本地手動(dòng)操作。
l在遠(yuǎn)程方式下：現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)的按鈕對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作無(wú)效。操作者可以通過(guò)畫面實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程手動(dòng)控制。并可以設(shè)定系統(tǒng)處于手動(dòng)還是自動(dòng)運(yùn)行模式。
4.2 人機(jī)界面
（1） 界面的設(shè)計(jì)原則
l 采用與實(shí)物形式相近的三維圖形;
l 采用動(dòng)畫形式表現(xiàn)設(shè)備的狀態(tài);
l 故障、報(bào)警信息要顯著、明顯;
l 操作方便。
（2） 界面的內(nèi)容
l 設(shè)備的狀態(tài)信息（運(yùn)行、停止、正常、故障等）;
l 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)（現(xiàn)場(chǎng)傳感器的反饋值等）;
l 控制功能（實(shí)現(xiàn)控制功能的按鈕等）;
l 設(shè)定信息（報(bào)警值修改、保存等）。
人機(jī)界面采用基于WINOOWs平臺(tái)的組態(tài)軟件技術(shù)，可根據(jù)不同客戶需求，方便、快速的生成個(gè)性化的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)人性化的信息交換。
4.3 溫度控制
溫度（模擬量輸入）信號(hào)直接傳送到監(jiān)控畫面監(jiān)視。畫面可以根據(jù)具體條件對(duì)溫度的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，并存儲(chǔ)在plc中。當(dāng)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制模式下自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)溫度達(dá)到高報(bào)警值時(shí)，plc向監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息，并自動(dòng)啟動(dòng)通風(fēng)裝置;當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程手動(dòng)模式下時(shí)，通風(fēng)裝置由畫面手動(dòng)控制。
4.4 液位控制
液位（模擬量輸入）信號(hào)直接傳送到監(jiān)控畫面監(jiān)視。畫面可以根據(jù)具體情況對(duì)液位的報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，并存儲(chǔ)在plc中。當(dāng)系統(tǒng)在遠(yuǎn)程控制模式下自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，如果現(xiàn)場(chǎng)液位高于高報(bào)警值時(shí)，plc向監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息，并自動(dòng)啟動(dòng)給水裝置;如果現(xiàn)場(chǎng)液位低于低報(bào)警值時(shí)，plc向監(jiān)控終端發(fā)送報(bào)警信息，并自動(dòng)啟動(dòng)排水裝置。當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程手動(dòng)模式下時(shí)，給、排水裝置由畫面手動(dòng)控制。
4.5 灌溉和照明控制
通過(guò)人機(jī)界面手動(dòng)控制各個(gè)設(shè)備的打開(kāi)/關(guān)閉。
5 通訊功能實(shí)現(xiàn)
5.1 gprs簡(jiǎn)介
上位機(jī)和下位機(jī)之間可以根據(jù)具體情況采用gprs、藍(lán)牙、w-lan等多種形式進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳送。本系統(tǒng)由于監(jiān)控距離遠(yuǎn)，通訊數(shù)據(jù)量相對(duì)較小，因此采用gprs進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
gprs 是通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（general packet radio service）的英文簡(jiǎn)稱，是在現(xiàn)有g(shù)sm系統(tǒng)上發(fā)展出來(lái)的一種新的承載業(yè)務(wù)，目的是為gsm用戶提供分組形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。作為一種新的移動(dòng)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線ip。gprs采用分組交換技術(shù)，資源被有效的利用，數(shù)據(jù)傳輸速率高。gprs移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有很大的應(yīng)用范圍，幾乎所有中低速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)都可以應(yīng)用，如城市配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化、自來(lái)水、煤氣管道自動(dòng)化、商業(yè)pos機(jī)、internet接入、個(gè)人信息、股票信息、金融、交通、公安等。
將gprs通訊模塊通過(guò)rs232/485等接口連接至plc。通過(guò)gprs通訊模塊，plc將所需要采集的信息發(fā)送至gprs gateway。gprs gateway將所接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至各客戶監(jiān)控終端。客戶通過(guò)各自終端，進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、控制、指令發(fā)送等操作。通過(guò)客戶應(yīng)用界面程序，客戶可以在任何地方接入internet，訪問(wèn)指定的web控制頁(yè)面，通過(guò)web直接進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
5.2 plc通訊功能實(shí)現(xiàn)
西門子s7-200
plc的編程通訊接口通過(guò)修改系統(tǒng)參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自由通訊功能。由于該通訊接口采用的是半雙工通訊模式，所以plc程序采用了中斷觸發(fā)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)plc和gprs通訊模塊的通訊。具體程序如下：
（1） 主程序
ld sm0.1 //plc 第一個(gè)掃描周期執(zhí)行
movb 2#1001， smb30 //初始化自由端口
//波特率9600
//8位數(shù)據(jù)位
//無(wú)奇偶校驗(yàn)位
movb 2#11100000， smb87 //接收數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置
//rcv使能
//檢測(cè)起始字符
//檢測(cè)結(jié)束字符
movb 16#02， smb88 //起始字符
movb 16#03， smb89 //結(jié)束字符
movb 100， smb89 //最大字符數(shù)100
atch int_1， 23 //連接中斷程序1到接收結(jié)束事件
atch int_2， 9 //連接中斷程序2到發(fā)送結(jié)束事件
eni //允許用戶中斷
rcv vb150， 0 //執(zhí)行接收指令
//接收緩沖區(qū)指向vb150
（2） 中斷0
//100ms 定時(shí)器中斷
ld sm0.0
dtch 10 //斷開(kāi)中斷
xmt vb200， 0 //在端口0發(fā)送數(shù)據(jù)
（3） 中斷1
//接收完成中斷
lbd smb88， 16#20
move 100 smb34
atch int_0， 10 //如果接受到結(jié)束字符，連接一個(gè)100ms的定時(shí)器，返回
creti
not
rcv vb150， 0 //如果因?yàn)槠渌蚪Y(jié)束，
//啟動(dòng)一個(gè)新的接收
（4） 中斷2
//發(fā)送完成中斷
ld sm0.0
rcv vb150， 0 //允許另一個(gè)接收
6 結(jié)束語(yǔ)
該系統(tǒng)可以用于組建油田/天然氣、水處理、電力、煤氣、鐵路、地震/氣象/環(huán)保、gps、金融、公安/交通/安防、化工、工業(yè)控制自動(dòng)化等數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)。這無(wú)疑為自動(dòng)化控制提供了一種新穎、實(shí)用的解決方案。本文中的系統(tǒng)已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中。
