饒君英

水位自動監(jiān)管系統(tǒng)主要對管理范圍內(nèi)的水位高度進(jìn)行監(jiān)管，以PLC與全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)相集合，通過網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)，于集中監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)收集所有水閘監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，以及實(shí)現(xiàn)水閘的遠(yuǎn)程控制，有更高的安全性。

【關(guān)鍵詞】MODBUS協(xié)議 自動監(jiān)管 應(yīng)用

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

水位自動監(jiān)控系統(tǒng)主要對轄區(qū)范圍內(nèi)各水閘監(jiān)控點(diǎn)的水位高度，水閘開關(guān)狀況，實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程的集中監(jiān)控，告警以及水文信息歷史記錄等功能。替代了原有的人員分點(diǎn)巡視的工作方式，實(shí)現(xiàn)無人守值的24小時(shí)不間斷監(jiān)控，有更高的安全性。

2 監(jiān)控中心傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

水位自動監(jiān)控系統(tǒng)以PLC與全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)相集合，通過網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù)，于集中監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)時(shí)收集所有水閘監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)信息，以及實(shí)現(xiàn)水閘的遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)分為兩大部分，第一部分為分布于每一個水閘監(jiān)控點(diǎn)內(nèi)的現(xiàn)場監(jiān)控模組；第二部分為位于中控室的集中控制系統(tǒng)。集中控制系統(tǒng)由水閘集中監(jiān)控軟件，歷史數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，實(shí)時(shí)多屏監(jiān)控系統(tǒng)，聲光告警裝置，不間斷電源UPS供電系統(tǒng)等組成

3 平臺軟件設(shè)計(jì)

現(xiàn)場監(jiān)控模組由PLC控制系統(tǒng)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)，水閘閥控裝置，水位檢測器，網(wǎng)絡(luò)模組，UPS供電系統(tǒng)等組成。建立自動檢測水位項(xiàng)目工程，保證水位正常。水利自動監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動監(jiān)控，是以減少人力投入為基礎(chǔ)，促進(jìn)水位自動化管理體系，使用PLC與C語言程序結(jié)合的控制系統(tǒng)。

考核指標(biāo)：

（1）水位檢測：通過現(xiàn)場多個傳感器檢測現(xiàn)場水位波動情況，獲取實(shí)時(shí)水位信息，反映至中控室的集中控制系統(tǒng)。

（2）信號傳輸：使用屏蔽線以及MODBUS通信協(xié)議進(jìn)行高效，準(zhǔn)確的信號傳輸，避免干擾以及錯誤信息的傳輸。MODbuss是應(yīng)用協(xié)議，有兩種模式ASCII，RTU。傳輸介質(zhì)是網(wǎng)線、串口線。網(wǎng)線需要在TCP傳輸層上包一個頭，用特殊的502端口。MODBUS的三種方式：TCP、RTU、ASCLL，通訊方式是通過串口形式通訊，走232或485通訊方法，TCP的通訊方法是TCPIP是通過以太網(wǎng)形式通訊，MODBUS包含三種方式：TCP、RTU、ASCLL、ASCLL通訊方式是通過串口形式通訊。

modbus協(xié)議和modbus tcp/ip協(xié)議的區(qū)別，按應(yīng)用協(xié)議的物理方式，Modbus協(xié)議用于串行鏈接，是RS232/422/485的任何一種，有兩種類型：Modbus RTU和Modbus ASCII；Modbus TCP/IP協(xié)議通常用于以太網(wǎng)鏈接，RJ45接口。Modbus協(xié)議是應(yīng)用層協(xié)議，TCP/UDP協(xié)議是傳輸層協(xié)議，不是層級并列關(guān)系。Modbus協(xié)議像總經(jīng)理，TCP/UDP協(xié)議是公司里的商務(wù)車。若一端用的是Modbus TCP協(xié)議，另一端用TCP協(xié)議，僅是數(shù)據(jù)包到達(dá)另一端，數(shù)據(jù)包沒有得到處理，通信的目標(biāo)沒有完成。Modbus rtu和Modbus tcp兩個協(xié)議的都是MODBUS協(xié)議，都是靠MODBUS寄存器地址進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；進(jìn)行IP環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸，即一臺計(jì)算機(jī)發(fā)出的字節(jié)流無差錯的發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上其他計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)A接收數(shù)據(jù)包時(shí)，向計(jì)算機(jī)B回發(fā)數(shù)據(jù)包，產(chǎn)生部分通信量，全雙工多路復(fù)用服務(wù)，進(jìn)行端到端傳輸。UDP面向非連接、傳輸不可靠、傳輸少量數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)的Modicon控制器采用RS232C串行的Modbus。Modbus的ASCII、RTU協(xié)議約定好消息、數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、命令和應(yīng)答方式，通訊采用Maser/Slave方式。

Modbus協(xié)議要對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，串行協(xié)議要進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，ASCII模式采用LRC校驗(yàn)，RTU模式用16位CRC進(jìn)行校驗(yàn)，Modbus TCP模式?jīng)]有規(guī)定校驗(yàn)，可靠協(xié)議。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP，S7-200 CPU224 CN 和S7-200 CPU226 CN 進(jìn)行通訊。寫好通訊指令后下載到micro/win里面，S7-200有兩個通訊口Port0、Port1，兩個口可以做mobus主站，port0可以做modbus的從站，用PLC進(jìn)行連接時(shí)，Port0連PPI線上，一臺做主站，一臺做從站，地址在程序庫中調(diào)用時(shí)在進(jìn)行設(shè)置，先不用接線圖，可以通訊就行，Port0都接在PPI電纜上，CPU224 只有一個port0口，先把主站程序通過PPI下載到PLC里面，然后把從站指令通過PPI下載到另外的PLC上。若CPU程序運(yùn)行走modbus，編程軟件失去通訊，modbus庫是單獨(dú)下載，要把兩個PLC的三個通訊口都接在PPI上，先把224的Port0系統(tǒng)塊地址設(shè)置為2，226的Port0系統(tǒng)塊地址設(shè)置為3，226的Port1地址設(shè)置為4，224的mobus從站地址設(shè)置為2，226的Port0的主站mobus地址為3，在224程序中把一個mobus訪問區(qū)W100復(fù)制到QW0上，在226程序內(nèi)設(shè)置VW100去和224的VW100同步，下載PLC后，226設(shè)置VW100，224QW0外部DO燈是否按照VW100的數(shù)據(jù)進(jìn)亮燈，即連通。協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與編程環(huán)境無關(guān)，用多種語言都可以，如果是嵌入式的用C語言。中控室的集中控制系統(tǒng)分為以下幾點(diǎn)：

（1）信息收集。由現(xiàn)場檢測裝置通過信號的形式直接連接PLC裝置，以獲取最新的實(shí)時(shí)信息，控制系統(tǒng)以實(shí)時(shí)曲線形式在全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)中反映出來，并且每個水位檢測裝置都有對應(yīng)的曲線，以便查看不同位置的水位變化情況。水位變化曲線時(shí)間軸可根據(jù)需要調(diào)整。

（2）信息處理與情況分析。系統(tǒng)自動把收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，當(dāng)檢測水位達(dá)到限定高水位百分之九十五時(shí)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)高水位指示燈閃爍預(yù)警，集中控制系統(tǒng)發(fā)出信號給PLC系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)控制動作裝置進(jìn)入預(yù)備放水狀態(tài)，一旦水位高于限定高水位，動作裝置啟動放水降低水位，直到水位到達(dá)正常范圍；當(dāng)檢測水位達(dá)到限定低水位時(shí)，全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)高水位指示燈閃爍報(bào)警，PLC系統(tǒng)控制動作裝置立即補(bǔ)充水量，直到水位到達(dá)正常范圍；當(dāng)水位波動范圍過大時(shí)，異常報(bào)警器響起，并且在全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)顯示異常原因、故障點(diǎn)、以及應(yīng)對方案。

（3）記錄入檔?？赏ㄟ^以太網(wǎng)把數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)設(shè)備，以方便入檔。通過全天候高清數(shù)字圖像采集系統(tǒng)事件記錄功能隨時(shí)可翻看過去發(fā)生事件以及每個測試點(diǎn)水位的變化情況。

自動水位起動系統(tǒng)在國內(nèi)水平先進(jìn)，各項(xiàng)性能可進(jìn)行現(xiàn)場測試，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對水位區(qū)域視頻監(jiān)視，同時(shí)能與其它子系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警聯(lián)動，滿足水位達(dá)到正常運(yùn)行的要求。除了常規(guī)視頻監(jiān)控外，還采用智能視頻分析，以此提高系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求是一個技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、性能優(yōu)越、擴(kuò)展靈活、人機(jī)對話界面清晰、操控簡便，便于監(jiān)控和配置；采用穩(wěn)定易用的硬件和軟件，完全不需借助任何專用維護(hù)工具，既降低了對管理人員進(jìn)行專業(yè)知識的培訓(xùn)費(fèi)用，又節(jié)省了日常頻繁維護(hù)的費(fèi)用。

作者單位

撫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江西省撫州市 344000