污水泵站综合自动化系统及其应用.doc

污水泵站综合自动化系统及其应用摘要：基于plc与pc组态软件的自动控制系统随着微电子技术与it产业的高速发展，带领人类进入了信息时代。可编程控制器(plc)与组态软件(configuration software)以及vpn等的计算机网络系统结合了传统的电气控制技术与先进的电子与计算机网络通讯技术。它可以被应用于污染环境下的在线远程监控、远程控制、信息处理、报警监测、数据统计、自动报表打印等功能强大的工业控制系统，具有广阔的应用前景。关键词：s7-300；intouch；通信；vpn；远程控制前言城市污水处理技术的发展是:简易、高效率、低能耗。污水处理的生产过程是复杂的连续多变量的生产过程。有大量的现场数据采集及其处理过程，相互之间由市政污水管网系统互连，地理位置分布较为分散等特点，因此，要实现污水处理生产过程的自动化控制，采用基于simens s7-300 plc以及wonderware intouch的污水处理自动控制系统是一个安全可靠、自动化程度高的方案。1 基于simens s7-300 plc的硬件方案1.1 模块功能s7-300 plc系统由电源模块(ps)、中央处理单元(cpu)、接口模块(im)、信号模块(sm)、通信处理器(cp)、功能模块(fm)、前连接器和导轨组成，如果不需要外接扩展机架，接口模块(im)不用，信号模块 (sm)直接与中央处理单元(cpu)之间用底部总线连接器(块)连接。中央处理单元(cpu)有cpu312、cpu312 ifm(随机自带10个数字输入6个数字输出)、cpu314、cpu314ifm(随机自带20数 字 输 入16个 数 字 输 出4个 模 拟 量 输 入1个 模 拟 量 输 出)、cpu315等；信号模块(sm)有数字输入sm321(8路、16路、32路)、数字量输出sm322(8路、16路、32路)、模拟量输入sm331(2路、4路 、8路)和 模 拟 量 输 出sm332(2路 、4路 、8路)等 ； 电 源 模 块(ps)有ps307(2a、5a、10a)。s7300 plc最多只能直接连接8个模块，当系统测控点数较多时，需要外接扩展机架，以增加输入输出模块的数量，im360/361可以扩展3个机架，im365可以扩展1个机架，用接口模块(im)连接扩展机架。s7300 plc的组网:当测控点多或车间分散又需要在控制室实施总体控制时，这时要利用profibusdp或mpi网络把系统整体连接起来 ， 其 中mpi是s7300plc 自 带 的 标 准 接 口 ， 成 本 较 低 ， 用profibusdp网络时需要选用带dp口的cpu或另外增加接口卡，成本相对较高，上位pg/pc机中安装“mpi通信卡”，mpi通信卡与s7300通过屏蔽双绞线连接。输入输出扩展卡的接线布局:s7300plc部分输入输出扩展卡的接线布局如下，16路数字量(开关量)输入卡sm321，16路继电器输出sm322，8路模拟信号输入卡sm331，4路模拟信号输出卡sm332。对于模拟信号输入模块，有模拟电压输人、2线制模拟电流输入、4线制模拟电流输入、热电阻信号和热电偶毫伏信号可以选择，对于不同的输入，需要把模块侧面的信号选择块撬起并旋转到所需的位置。1.2 编程软件s7300 plc的编程:s7300系统从编程设备到现场控制的总体构成如图所示，编程设备通过编程设备电缆(对于笔记本电脑，多数为pc/mpi电缆，对于台式机也可以是pg5611卡等)对plc进行编程和监控。目前多数编程转换器及板卡都支持“即插即用”功能，所以编程设备在使用过程中不需费心去配置。s7300 plc的编程软件step-7软件正确安装后便可对plc进行编程。2 基于wonderware intouch的软件方案2.1 软件功能组态软件intouch，wonderware的intouch软件是最早进入我国的组态软件，其专注于软件的开发，提供最大的可扩展性和上层网络 的 支 持 。 对 于 在 microsoftwindows2000、 windowsnt与windows xp操作系统上创建人机界面(简称hmi)应用程序而言，wonderware-intouch是 一 套 简 单 快 捷 的 应 用 程 序 。intouch是wonderware factorysuite的一个组成部分，广泛应用于食品加工、半导体、石油、汽车、化工、制药、纸浆和造纸、交通等领域。2.2 wonderware intouch 软件应用图2.1 基于intouch的污水处理泵站工业控制系统界面3 基于vpn网络的远程控制方案vpn即“虚拟专用网”，不是真的专用网络，但却能够实现专用网络的功能。虚拟专用网是指依靠isp(internet服务提供商)和其它nsp(网络服务提供商)，在公用网络中建立专用的数据通信网络的技术。在虚拟专用网中，任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是利用某种公众网的资源动态组成的。ietf草案理解基于ip的vpn为:“使用ip机制仿真出一个私有的广域网”。是通过私有的隧道技术在公共数据网络上仿真一条点到点的专线技术。所谓虚拟，是指用户不再需要拥有实际的长途数据线路，而是使用internet公众数据网络。所谓专用网络。是指用户可以为自己制定一个最符合自己需求的网络。4 vpn网络在污水处理泵站中的应用实例vpn的组网结构如图3.1所示。比如，要在0这台电脑中浏览这台机器的文件，可以直接在浏览器中键入http:l浏览或下载文件。虽然是通过internet进行通信。但整个过程都是加密的，就像是在internet中穿了一条只有两台机器才能通过的隧道，这就是vpn(virtual private networks)虚拟专用网。图3.1 基于intouch的污水处理泵站系统远程监控界面5 总结该系统方案在设计上考虑到了控制系统的稳定性及其可扩展性，可靠性高，运行管理方便。运行结果表明，选用的s7-300 plc可完全实现模块化，配置灵活，扩展方便，易于扩容，wonderware intouch 组态软件可完全实现可视化，完全能满足系统的设计要求，不但提高了污水处理厂的管理水平，而且节省了投资，并给污水处理厂带来了经济效益。参考文献：1 胡寿松.自动控制原理.北京:科学出版社,2001.2 林德杰.电气测试技术.北京:机械工业出版社,1996.2.3 simatic机架式pc产品简介.西门子(中国)自动化与驱动集团,2004.4 姚福来,张艳芳等.电气自动化工程师速成教程.北京:机械工业出版社,2007.3.5 姚福来,张艳芳等.电气自动化工程师速成教程.北京:机械工业出版社,2007.3.6 方大千.变频器、软起动器及plc实用技术问答.北京:人民邮电出版社,2007.10.7 许丽丽.基于internet的远程测量系统实现方案研究.电子测量与仪器学报,2008.4.8 马正午,周德兴.过程可视化组态软件intouch应用技术.北京:机械工业