基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用

张乐为

河北省石津灌区管理局

基于PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用

张乐为

河北省石津灌区管理局

在水利系统的运行中，自动化应用一直处于一个核心位置，整个系统自动化的程度甚至体现了一个国家水利工作的水平，因此水利自动化是一个很重要的部分。而自动化水平一般又依靠水利系统的管理和集中监控的各项参数指标来体现。PLC作为一种全新的技术，可以适应水利系统中的恶劣环境，相对计算机的控制系统，它的稳定性和抗干扰性有更加明显的优势。本文主要针对PLC技术的水利自动化监控系统的设计与应用进行简要分析。

PLC；水利系统；监控系统

1 PLC技术概述

1.1 PLC技术的发展现状

最初的PLC只有一位机，发展到今天，已经是以16位和32位微处理器构成的微机化PC了，而且处理器的通道也实现了多样化，这一变化的出现很大程度上得感谢集成电路等微电子技术的大规模发展。如今的PLC技术已经比较成熟了，在原本控制力强、可靠性高、检测灵活的基础上又新增了数据处理以及图象显示更清晰的特点，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。目前世界上的PLC生产厂家按照地域可划分为美国、欧洲和日本三个主要流派，三国之中更是以美国为首。

1.2 PLC技术的优点

PLC技术能够有这么大的发展与其自身的优点密不可分。首先就是它的高可靠性，在水利自动化监控系统中，数据的可靠性比什么都重要，一旦出现数据的错误，就会影响工作人员对整个水利运行状况的准确判断。第二大优势就是编程简单，使用起来很方便，梯形图编程就可以满足基本的需求了，与实际继电器的控制电路非常相似，一般的水利工作者也能够掌握这项技术。第三点就是这种技术能够适应环境的变化，就算是极其恶劣的环境，也能正常的工作，这是别的很多技术设备不具备的优点。再来就是它的外形很小而且质量轻，既不会占用太多的空间，也不会造成过重的负担。

3 基于PLC技术的系统设计

3.1 总体设计

本系统结合DCS、FCS、PLC，构造控制层、设备层、网络层。以现场的总线Profibus-DP为例，PLC、I/0设备利用PLC及智能仪器来采集运行数据，控制现场的设备。采用以太网的方式，实现上位机和系统的集控室及值班轮机员舱室、轮机长室等地的监控网络通信。西门子Step300控制机组、每台硬件连接、程序设计、各种智能仪器仪表、变送器、转换器等，独立地完成程序控制的任务。即使PLC发生了故障，也不会影响其它的控制器正常运行，实现了过程控制级理念，即分散控制。PLC之间，由工控机上位协调来完成整个水利系统监控的任务，通过以太网和驾驶室的操作站等联系，实现和上层管理级设备的联系。

3.2 程序设计

3.2.1 组态编辑。通过WinCC工控组态软件的图形设计，编辑用户界面，PLC网络上获取各种监控数据，来显示不同的形式界面，完成一定的功能。操作员通过这些界面知道操作级别、机组运行参数、运行的状态、报警信息、产生故障报警信息、故障显示方式等情况。

3.2.2 程序设计。利用图形的设计功能Win-CC设计，创建一系列用户的界面，当程序运行时，操作员可通过界面显示内容和运行监控过程。用户界面由一系列图形、按钮、I/O框、文本框、图形意义、结构按钮、I/O框、运行的参数、文本显示框等组成。

3.2.3 采集和传递。计算机在线监控WinCC作为过程映象，由PLC采集绕组的温度、柴油机滑油的转速、压力、电流、电压、功率、模拟量、数字量、工程化数据、标定、数据块、读取数据、归档、图形显示、打印、输出处理、显示操作台、故障状态、故障判断、故障记录、数据功能、PLC判断记录、故障信息和数据、WinCC的故障记录数据、故障信息、输出模拟量、输出数字等到执行的相应机构。

4 水利自动化监管系统在供水工作中的应用

4.1 水利自动化监控系统应用在供水中，实际上是一个综合

的供水信息管理平台，将供水公司管辖下的多个水单元纳入监控和管理的范围。通过这个监管系统，调度中心可远程监测各供水单元的实时生产数据和设备运行参数，对重要的生产位实行监控。

4.2 作用

自动化监控系统可以将各种数据通过采集、传输、存贮、处理和分析计算，实现对水利运行的实时掌控，不仅使信息的获取速度大大提升，精确度也有了相应的提升，对于及时的预报和决策很有效果。

4.3 主要功能

4.3.1 生产调度管理。能够对生产数据进行实时监测，当具备光纤通信的条件时，还可以对重要部位实行视频监控，当异常情况发生时，系统可以自动切换到视频监控画面。当水位超过警戒线等情况发生时，自动监控系统还可以发出远程警报。当然，系统还可以进行远程与近程的随意切换。

4.3.2 供水调度管理。系统可以对水厂的出水进行流量和压力的测控，对运行的参数进行及时的校对与恢复，对各区域用水总量和用水大户的用水量信息也能有一个比较清晰的反馈。

4.3.3 数据统计分析。在对各种数据进行收集后，监控系统能够将数据进行导出，然后自动生成制水、供水各生产环节的汇总报表和统计报表，省去了工作人员的很多麻烦。系统内部还自带有数据的分析模型，可以模拟真实情况下的运行状况，供调度人员作为决策参考。

5 基于PLC技术的监控系统设计与应用

5.1 程序设计

可以利用图形设计功能进行一系列用户界面的创造，当程序运行的过程中，操作员可以通过这些界面观察到不同设备运行的情况，从而实现整体的运行监控。

5.2 可靠性设计

水利系统的现场环境大多数都比较恶劣，容易受到各种的干扰，这对PLC的数据接收与传送产生了很大的影响，常常会导致错误信号的接受与数据的丢失，对整个水利系统的运行造成了阻碍。所以当数据的传输距离比较远时，可选用屏蔽外界信号的高速信号接收器或者干脆选用直接接地的方式，对数据的可靠性都有不同程度的提高。

6 结束语

综上所述，水利自动化的监控技术必须依据时代的发展进行相应的改革，而PLC技术的运用正好为我国的发展提供了一个契机。将网络式的实时采集、数据分析、监控管理等融于一体的自动化监控系统，对整个系统的安全性和可靠性有了很好的保障。与此同时，自动化程度的提高减轻了值班的强度，实现了人力资源的优化，对于工作效率的提高有重大的意义。

[1]陈金成;纪超;李亚雄;李斌;王涛;刘洋，基于PLC和组态技术的机采棉加工自动化监控系统的设计[J]新疆农机化，2016

[2]林力华，水利自动化系统的设计与实现，[J]南理工大学，2016