基于T-910PLC的泵站远程测控终端设计

基于T-910PLC的泵站远程测控终端设计摘要：采用T910PLC单机为核心设计泵站运行所需要的远程测控终端。以满足控制中心通过相应网络及协议，实现对泵站现场环境配电、电机、管道等主要参数采集和设备控制。关键词：腾控T910、PLC、SCADA终端、泵站远程测控前言城镇供水行业对于水源井泵站的测控应用多以SCADA系统构筑，因此作为系统中现场的测控终端设备（RTU）来说，其性能的优劣直接影响到整个系统的运行和应用效果。应该说，国内工控电子产品的发展日新月异，为用户集成开发终端产品所提供的资源选择空间也越来越大。对于同一个功能项目，无论是主流单板机系列还是各类PLC产品，实现目标仅仅是过程问题，但对于开发而言，方便高效、提高性价比、保障稳定性和可靠性无疑是考虑的重点。笔者多年来从事供水行业的测控技术应用工作，并长期关注相关产品和技术的发展动态。近期北京腾控科技推出的T-910型PLC的各项指标引起笔者强烈兴趣，通过对其进一步了解以及和技术人员的深入交流，决定以T-910PLC为核心实现所在供水公司水源井泵站远程测控终端的设计，来满足部分老产品的更新换代和新井的配置应用。关于T-910PLC概述：T-910可编程控制器是北京腾控科技有限公司T-900系列PLC其中一款产品，使用最大频率72MHz的ARM工业级CPU，外扩32MSDRAM和4MFLASH，嵌入式操作系统，2M用户程序存储区和2M用户数据存储区。编程软件使用KWMULTIPROG，通过以太网下载程序，另有3路RS232/485接口。T-910集成12路DI、8路DO、8路AI、2路AO、2路高速脉冲计数、24V直流输出于一体。单台模块即可灵活应用于各种小型工业自动控制场合[1]。选用亮点：1、单机输入/输出端口类型全、数量多、配置标准。特别是模拟量输入端口数量和信号输入标准恰能满足现场需要。2、多种通讯口。可灵活搭建基于有线、GPRS、数传电台、以太网等数据传输通道，用户组网选择性强。3、宽温工作：-40℃至85℃[2]。尤其适用于北方冬夏季节中的极端气候环境。泵站远程测控终端的设计一、泵站测控终端功能要求：本项目中水源井泵站多为单泵运行，个别加装辅助水泵。水源井远离水厂分布，现场潜水泵电机额定功率为75kW，配常规自耦降压启动柜，也有泵站选用了软启动器的电路。为达到无人值守、远程测控的目的，要求测控终端能实现以下功能：采用数传电台搭建传输网络，网内终端唯一站号标识。采集现场设备运行参数（模拟量：线电压、三相电流、井水位、瞬时流量、出口压力；脉冲量：积算流量；开关量：红外报警器、运行状态辅助开关等），并按规定格式组织数据包。按自有协议进行通讯，根据测控中心计算机指令，完成数据上传、水泵遥控开、停操作。通讯、控制状态现场检测以及异常状态分析、触发和响应。时段数据存储，便于上位机对历史数据的追补。二、硬件配置：为便于现场安装和配置，成品终端采用壁挂箱体结构，相关单元模块集成装配其中。主要由T-910PLC、数传电台、直流电源、按钮开关、端子排等组成。根据各单元的资源情况和对终端功能的要求，完成硬件电路连接的设计如图1所示。PLC硬件端口[2]使用情况为：AI(0-7)：8路模拟量输入，协议上传数据包内容。分别接入现场测量变送器输出的电流(Ia、Ib、Ic)、电压（Uab、Ubc）、瞬时流量Q、出水压力P、井水位H等信号，统一选用0-5V变化量程。该组的1M、2M与信号、系统做共地连接，入箱信号线选用屏蔽线，屏蔽层单端接地，以减少干扰，保持输入稳定。各信号接入顺序应对应传输协议中规定的模拟量编排顺序，以便于上位机能够正确解析和使用接收的数据。DO(Q0.0、Q0.1、Q0.2、Q0.3、Q1.0)：本设计对于设备控制采用点动输出方式，与启动柜中的启停按钮开关组成回路，当触点负载不够时，可考虑加装中间继电器，Q0.0动作启动水泵，Q0.1动作为关闭水泵，类似地Q0.2、Q0.3定义为辅助泵的启停控制，1M为回路公共点。鉴于PLC的通讯端口没有设置RTS控制信号，因此定义Q1.0做为数传电台收发转换控制使用，连接电台数据端口中的RTS信号，2M接电台电源的+12V。DI0(I0.0-I0.3)：部分为协议上传数据包内容。根据需要将水泵运行的状态信号、保护状态信号、防范报警器信号以及现场测试按钮开关信号接入，供上位机程序识别判断，并作出报警响应。M端接+12V，开关回路在端子排进行共地。DI1(I1.0、I1.2)：脉冲输入计数，协议上传数据包内容。分别接流量积算仪、脉冲电度表的脉冲输出信号，幅度+12V，M与仪表信号共地。上传累计的流量和电度量。COM2：数传通道，与电台RS232口连接。DIP开关：站号设置。24VDC输出：给电量、压力变送器供电，注意挂接数量不要超过供电负载能力。三、软件设计：整体思路：PLC运行时，通过PLCMODE_RUN状态（类似S7-200中的SM0.0寄存器）进行必要的端口初始化设置；主程序检测通讯口接收缓存数据，判断是否为针对本站的指令，并响应执行对应指令处理模块；通过扫描DI端口相应开关状态变化执行对应的功能模块；将输入端口的实时数据进行处理及数组编排；对PLC时钟进行检测，到设定时刻把数据按规定格式进行存储。主程序流程见图2.存储时刻到存储时刻到是PLC运行脉冲计数类型、通讯端口初始化打开通讯口，读取接收缓存数据对本站指令？指令处理模块DI、DO开关变位上升沿触发识别响应处理输入端口实时数据转换、编排入数组读时钟寄存器保存该时刻数据PLC终止图2主程序流程程序的编写和调试在KWMULTIPROG环境下进行，指令系统参照IEC61131-3标准[3]。由于要实现控制和数据传输，因此通讯控制是设计的关键。腾控公司为T910提供了几种类型的通讯用函数库TCNETLIB。对于电台使用的物理端口为COM口，因此程序中使用了其中的PORT_OPEN、PORT_READ和PORT_WRITE[4]。考虑到收发转换过程中硬件电路切换存在的延时，软件设计上应根据发送数据量预留约50ms的余量，防止传输时的数据丢失。部分程序示例如下：(*通讯口打开、读取*)[4]PORT_OPEN_1(EN:=PLCMODE_RUN,Port:=BYTE#2,Setting:='1200,1,N,8',TimeOut:=BYTE#10);PORT_READ_1(EN:=PLCMODE_RUN,Port:=BYTE#2,Dataptr:=RBUF);ReadDone:=PORT_READ_1.Done;RBUF:=PORT_READ_1.Dataptr;R_TRIG_2(CLK:=ReadDone);(*通讯口发送*)Q3:=R_TRIG_2.QANDTLEN>WORD#0;（*该句位于指令处理模块中*）PORT_WRITE_1(EN:=Q3,Port:=BYTE#2,Length:=TLEN,Dataptr:=WBUF);（*Q3指向电台收发转换控制的DO口，打开电台发送电平的同时发送端口数据*）TON_3(IN:=Q3,PT:=T#500ms);R_TRIG_4(CLK:=TON_3.Q);IFR_TRIG_4.QTHENQ3:=BOOL#0;（*延时停止电台发送*）END_IF;(*DO点动输出*)TON_1(IN:=Q1,PT:=T#1s);（*Q1地址为%QX0.0*）R_TRIG_3(CLK:=TON_1.Q);IFR_TRIG_3.QTHENQ1:=BOOL#0;END_IF;其他功能模块用开发环境提供的常用函数资源足以实现，整体感觉所用代码量很少，跟踪调试也很方便。成品应用结论本设计、装调完成后已成功并入所在供水公司的泵站测控系统中，在退役产品的更新换代中发挥了作用，并准备装配在新增泵站中。通过上位机配置与该PLC匹配的参数，采集的数据和现场基本一致，控制及状态也符合要求。本设计具有一定的通用性，在不需要特殊协议的情况下，可以使用标准的MODBUS协议，选择适合现场的通讯通道和设备，配合流行的组态软件建立SCADA测控系统；并且T910PLC属于标准化安装结构，可以与启动柜等进行一体化集成设计，更能提升电气成套设备的智能化水平。成品可以广泛应用于城镇供水、供热、农田水利、油田等泵站电机、管道阀门等参数测量和控制场合。参考文献1腾控科技编.T-910可编程控制器使用说明2杨洪仁.T9可编程控制器硬件手册.版本01201106.北京：腾控科技3GB/T15969.3-2005/IEC61131-3:200.中华人民共和国国家标准4孙义.T910PLC的自由串口编程.北京：腾控科技网站技术论坛作者简介：关涌涛（1966—），男，新疆人，应用电子工程师，主要从事自动化测控方面工作。通讯处：831100新疆昌吉市健康西路19号（昌吉供水有限责任公司微机测控中心）后记经过几个月的努力，终于完成了这个项目的设计和应用，欣喜之余不免发点感慨。我的设计重点基本放在对电机运行的测控，对于腾控产品也就格外关注其STC系列、MDS系列和T系列PLC的推出历程。无论是品种的增加还是性能的提升，都彰显腾控科技极快的发展速度和颇具人性化的设计理念（从近期T960的推出更能说明这点）。以前习惯于用S7-200系列进行设计，这次选择T910，主要考虑其硬件方面的优势，遇到的障碍还是在软件的开发环节。由于是初次接触T910所匹配的指令集和应用环境，系统的指导性资料和实例比较少，编程的熟悉过程还是比较“坎坷”。好在各类应用的编程思想基本相通，所以在学习实践中抓住重点，通过各种途径尽快熟悉T910PLC相关寄存器特点和使用、各种类型变量定义、相关指令语句规则、FU/FB的调用等内容，及时与厂家技术人员沟通请教，解决遇到的问题。在T910使用过程中，也发现一些不太理想的地方，在此提出，旨在期望腾控产品不断完善和提高：1、壳体材料有些“柔”，小门盖使用次数多了挂扣处容易磨损脱落。2、安装导轨槽口精度欠佳，装在导轨上比较松弛，来回跑不牢靠。3、模拟量输入方式（电压/电流）转换据说明书介绍有内部跳线，用户调整不可能拆壳转换，而这在工程