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浔之漫智控技术(上海)有限公司
主营：西门子DP电缆代理商
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西门子模块6ES7223-1BF22-0XA8品质好货
其主要特点包括如下。
（1）的性能：进一步提升运算能力，目前行业内的运算速度。工业级32位精简指令系统CPU，基本指令处理速度可达0.02μs。CPU内置程序容量可达250K步，数据容量可达448K字，外接存储卡容量可达64MB。本地机架控制点数即可达到5120点。加远程I/O后控制点数可达约10万点以上。
（2）各种与应用相关的指令：具有多种特殊指令，进行复杂的编程。带自整定的PID指令、双精度指令、故障诊断指令、堆栈指令等。
（3）集成的开发环境和中间软件：从程序开发到模拟、网络通信、触摸屏软件，都集成在一个统一的软件包中，十分方便。
（4）良好的开放性，无缝的网络系统：从信息层到控制层再到设备层，CS1支持多层符合标准网络间的无缝透明信息通信。支持的网络类型主要有：Ethernet、Controllerbbbb、 Profibus-DP、Devicenet、Modbus、CAN等。
（5）方便与三方设备连接：CS1所具有的协议宏功能可方便的与多台不同协议的三方设备互联。
（6）继承性和维护性：新系统兼容老系统，升级方便；CPU支持无电池操作，支持远程维护等功能，维护起来十分方便。
（7）可实现系统功能扩展：各种基于PLC的过程控制自动化系统、、远程监控、现场总线网络系统等。
根据分站和主站PLC负载大小可选择不同档次的CPU：分站PLC只处理本地的数据，数据量小，CPU采用欧姆龙CS1系列CS1H-CPU44H；主站需处理全厂各分站PLC传送来的数据，数据量大，CPU采用欧姆龙CS1系列性能的CS1H-CPU67H，其指令处理速度快，程序、数据容量都是大。
2．各分站根据现场采集信号数量配置相应的数字量输入（DI）模块和模拟量输入（AI）模块
（1）数字量输入模块（DI）
－ 64点：CS1W-ID261如表1所示。
－ 96点：CS1W-ID291如表2所示。
（2）模拟量输入模块（AI）
－ 8点：CS1W-AD081-V1。
－ 输入点数：8路。
－ 输入范围： 0~5V，1~5V，0~10V，-10~+10V，4~20mA可选。
－ 分辨率：≥13位（1/8000）。
－ 隔离方式：光电隔离。
－ 转换速度：1ms/点。
－ 精度（25℃）：电压±0.2% 电流±0.4%。
－ 其他功能：断线检测，峰值保持、平均值功能、定标功能等。
－ 外部连接：采用可拆卸式端子排以提高性，易于连接和维修。
网络架构
1.现场一层PLC网络
现场各分站PLC和监控室主站PLC之间采用欧姆龙控制器链接网光纤冗余环网（Controller bbbb）：成盒模块现场4个站PLC和位于阵列监控室的成盒模块主站PLC1构成一个光纤环网，通过成盒模块现场一层网络CLK1，将成盒模块现场各PLC采集的数据汇集到成盒模块主站PLC1做监控显示；阵列现场6个站PLC和位于阵列监控室的阵列主站PLC1构成一个光纤环网，通过阵列现场一层网络CLK1，将阵列现场各PLC采集的数据汇集到阵列主站PLC1做监控显示。
2.监控二层PLC网络
通过现场一层网络，现场PLC采集的数据都被汇集到了阵列监控室的两个主站PLC1。而动力监控室内对全厂数据的监控显示则通过动力主站1和成盒模块主站1、阵列主站1之间监控二层网络CLK2，将成盒模块主站1和阵列主站1汇集的现场数据全部集中到动力主站PLC1，完成全厂的监控显示。
3.信息层以太网
监控上位机通过以太网和监控室内各主站PLC1通信，实时显示现场数据并做数据记录。
信息层以太网链接如图2所示。
本系统中，监控上位机和监控室内各主站PLC1之间物理连接通过以太网来实现；而SYSMAC OPC Server通过PLC通信接口工具软件FinsGateWay与PLC进行数据交换，同时又和RSView 32数据库（DataBase）进行数据交换，成为罗克韦尔RSView32和欧姆龙PLC的链接的软件接口。
| 一 引言 可编程控制器是专门为工业控制设计的，在设计和制造过程中厂家采取了多层次抗干扰措施，使系统能在恶劣的工业环境下与强电设备一起工作。运行的稳定性和性很高，PLC整机平均无故障工作时间高达几万小时。随着计算机技术的发展，PLC的功能也越来越强，使用越来越方便，因此在工业控制系统中使用日益广泛。但是，整机的性高只是保证系统工作的前提，还在设计和安装PLC系统过程中采用相应的措施，才能保证系统工作。本文主要论述在设计和安装PLC系统过程中的干扰措施。 二 PLC系统的基本组成结构 可编程控制器硬件系统由PLC主机、功能I/O单元和外部设备组成,如图1所示。其中PLC主机由CPU、存储器、基本I/O模块、I/O扩展接口、外设接口和电源等部分组成，各部分之间由内部系统总线连接。 三 PLC系统设计时的抗干扰措施 3.1 硬件措施 （1） 屏蔽:对电源变压器、处理器、编程器等主要部件，采用导电、导磁性良好的材料进行屏蔽处理，以防止外界干扰信号的影响。（2） 滤波:对供电系统计输入线路采用多种形式的滤波处理，以和抑制高频干扰信号，也削弱了个模块间的相互影响。 （3） 电源调整与保护:电源波动造成电压畸变或毛刺，将对PLC及I/O模块产生不良影响。对微处理器部件所需要的＋5V电源采用多级滤波处理，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。尽量时电源线平行走线，时电源线对地呈低阻抗，以减少电源噪声干扰。其屏蔽层接地方式不同，对干扰抑制效果不一样，一般次级线圈不能接地。输入、输出线应用双绞线且屏蔽层应接地，以抑制共摸干扰。 （4） 隔离:在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地把他们各离开来，以防外部的干扰信号及地线环路中产生的噪声电信号通过公共地线进入PLC本机，从而影响其正常工作。 （5） 采用模块式结构:这种结构有助于在故障发生时进行短时期修复，一旦查出某一模块出现故障，可换，使系统恢复正常工作，同时也有助于加速查找系统故障的原因。 3.2 软件措施 为了提高输入信号的信噪比，常采用软件数字滤波来提高有用信号真实性。对于有大幅度随机干扰的系统，采用程序限幅法，即连续采样5次，若某一次采样支援远大于其他几次采样的幅值，那么就舍取之。对于流量、压力、液面、位移等参数，往往在一定范围内频繁波动，则采用算术平均法。即用n次采样的平均值来代替当前值。一般认为:流量n=12，压力n=4合适。 （1） 故障诊断:系统软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等，以便及时反映和处理。 （2） 信号保护和恢复:当偶尔性故障发生时，不破坏PLC内部的信息，一旦故障现象消失，就可以恢复正常，继续原来的工作。 （3） 设置警戒时钟WDT:如果程序循环扫描执行时间过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。 （4） 加强对程序的检查和校验:一旦程序有错，立即报警，并停止执行程序。 （5） 对程序及动态数据进行电池后备:当停电时利用后备电池供电，保持有关信息和状态数据不丢失。 四 PLC系统安装时的抗干扰措施 PLC各部分的组成和系统连接及装配方法严格按照说明书上安装要求进行，这一点非常重要，是保证系统运行的基本条件。 4.1 电源接线和地线接线 要合理布置电源线，强电与弱电要严格分开，且弱电电源线要尽量加。 接地在干扰上起很大的作用。交流地是PLC控制系统供电所必需的，它通过变压器点构成供电两条回路之一。这条会路上的电流、各种谐波电流等是个严重的干扰元。因此交流地线、直流地线、模拟地和数字地等分开。数字地和模拟地的共点地置悬浮方式。地线各点之间的电位差尽可能小，尽量加粗地线，有条件可采用环形地线。 系统地端子（LG）是抗干扰的中性端子，通常不需要接地，可是，当电磁干扰比较严重时，这个端子需与接大地的端子（）连接。为防止电流冲击，应使用截面积大于2mm2的14＃接地线将端与大地相接，接地电阻应小于100Ω，接地长度小于20m。 4.2 输出端子的接线 （1） 当几个外部设备连接带一个电源上时，应使用短接片将其输出端子对应的公共端子短接。输出端可以使用不同的电压，这时其对应的公共端应分别接入不同的电压源。 （2）交流输出线与直流输出线不能使用同一根电缆。输出线应远离高压线核动力线，且不得并行。不得将外部设备连接到带“·”的输出端上。 （3） 输出回路中应有熔断器保护PLC的输出元件。流入输出端子的大电流不应过PLC的允许值，否则外接接触器或继电器。同样，若负载电流规定的小值时，应并联一个阻容吸收电路，如图2所示。电阻取50Ω，电容取0.1μf。（4） 电感性负载断电时会产生很大的自感电动势，当电路接通时，起触点处将产生电弧，严重时，发生触点烧结。因此要在电感线圈上并联一个续流二管。如图3所示。4.3 电缆的敷设 当动力电缆过10A/400V或20A/220V，若要求与输入输出电缆并行放置，那么在两者之间至少相隔300 mm。 如果将它们放在一个槽内时，它们之间间隔100 mm以上，且一定要用接地的金属屏蔽起来。 特别注意的是PLC的基本单元与扩展单元之间的电缆是传送电压低的高频信号，很易受到干扰，因此，不能将它与其他电缆设在同一管道内。另外，使用的电缆应是截面积小于1.5mm2的屏蔽电缆。使用电缆管敷设电缆。使用排线槽时。长度瑶足以包含全部的输入输出连线，并与其它电缆分开。 把输入线绞合，绞合的双绞线能降低共膜干扰，由于改变了导线电磁感应的方向，从而使其感应相互抵消。如图4所示。信号采集是模拟线路时导线可捆扎在一起。数据线和脉冲线不能接近或捆扎在一起。否则数据线上全“1”时，在脉冲线上造成干扰，反之亦然。 使用屏蔽线作输入线，只需一端接地。若两端接地，由于接地电位差在屏蔽层内会流过电流而干扰。为了泄放高频干扰，数字信号线的屏蔽层应并联电位均衡线，其电阻应小于屏蔽电阻的十分之一，并将屏蔽层两端接地，若考虑抑制低频干扰也可一端接地。 |
：介绍GPRS技术的原理和GPRS在污水处理监控系统中的应用，针对某市污水处理厂的实际情况，提出一种基于GPRS技术的污水处理远程监控系统设计方案，并设计通信规约和上位机软件。通过实际的系统运行，污水处理能力和效率均得到明显提升。
关键词：通用分组无线业务(GPRS)；上位机；污水处理；远程监控
污水处理监控存在设备分布点零散，而且每个点设备较少的情况。因此，对这些设备的实时监测存在铺设线路成本高、维护费用高、不易调整等问题。通用分组无线业务GPRS(General Packet Radio Service)网络则为此提供一个解决方案。在其基础上可进行多种业务，按数据流量计算运行费用，运行，无须维护传输平台。而且GPRS网络覆盖面广，具有速和永远在线的特点。因此，GPRS通讯在污水处理监控系统中的应用具有无可比拟的性价比优势。
传统污水处理厂的运行主要依赖人工经验知识，各个工艺流程阶段都需要人工干预。而污水处理过程复杂，有很多不确定性和模糊性，传统的PID控制方法需要的数学模型和分析过程，难以控制复杂的污水处理过程，所以一般由人工来完成整个过程的闭环控制。而过于依赖人工操作则会带来太多人为因素，不利于系统的稳定性。
针对传统污水监控系统由于监控点位置的分散，通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性，以及过于依赖人工操作不利于系统稳定性等缺点，本文结合GPRS技术的特点，为某市污水处理公司设计一套基于GPRS的污水处理监控系统。
1 基于GPRS的污水处理远程监控系统
远程监控系统的中控室主要由2台计算机组成：系统监控管理计算机和信息监控管理计算机。系统监控管理计算机部分，2台交换机通过控制层实时通信网与本地现场PLC站通讯，可实时检测与监控污水处理厂自控系统范围内的各类设备状态、工艺过程参数，并显示到人机界面，以供操作人员、管理人员进行运行管理，并可通过租用电信部门DDN数据通信专线与排水公司调度系统连接。信息监控管理计算机负责实时和定时记录生产报表并打印，同时作为系统监控管理计算机的设备。
由于部分污水处理现场距中控室较远，有的达几千米甚至十几千米，布置有线的方式成本开销太大，故采用GPRS的通信方式对距中控室较远的现场进行监测与控制。远端现场将采集的数据收集到远端现场服务器。通过远端现场的处理与转换，再利用具有GPRS功能的数据终端通过无线方式与巾国移动基站通信，GPRS的分组从基站发送到GPRS服务支持节点(***N)，***N再与GPRS网关支持节点(GGSN)通信，由GGSN对分组数据进行处理后，发送给中控室的GPRS收发装置，中控室的监控管理计算机通过数据包的地址对数据进行分别处理。中控室用户监控管理计算机申请一个固定IP地址，GPRS模块一旦登陆GSM网络，便会自动连接用户数据。从而在GPRS模块和用户数据之间通过IP地址进行TCP／IP双向通信擞据传输透明而。系统主要由远程分站和中控室两部分组成。远程分站由GPRS模块利用PLC与现场各种自动化仪表、传感器及变送器等连接。控制可采用PC机结合GPRSMODEM，或PC机结合固定IP地址的方式。基于GPRS网络的污水处理监控系统方案如图1所示。
2 通信规约设计
污水处理监控系统的通信分为2种，一种是通过GPRS无线连接与DTU通信，另一种是局域网通信。GPRS选用TCP／IP协议通信。主要是DTU向服务器发送污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井等设备运行情况的数据，以及服务器向DTU转发上位机命令。而局域网通信主要是服务器向数据库存储数据、上位机查找数据库数据，以及上位机向服务器发送请求命令。这里将局域网通信协议和GPRS通信协议统一为一种数据帧格式，如表l所示。
表l中，数据帧帧头和帧尾都用0x7E表示，而为避免数据内容与帧头、帧尾混淆，用2个“Ox7E”表示“0x7E”；帧长度是指除帧头和帧尾外，所有数据的字节数。用2个字节表示；主命令说明发送方的请求内容：从命令辅助主命令定义数据发送周期的长短；DTU号码用于标识DTU；ID号是DTU编码；数据内容主要指污水工序、氧化沟、污泥泵房、二沉池、配水井设备运行情况等数据。
当信道上无时，通信双方应每隔时间C发送心跳包以维持此连接。当心跳包发出过时间T后未收到响应，则立即再发送心跳包。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应，则断开此连接。参数C、T、N原则上应可配置，现阶段建议取值：C=3 min，T=60 s，N=3。网关与SP之间、网关与网关之间的消息发送后等待T后未收到响应，应立即重发。若连续发送(N-1)次后仍未得到响应则停发。现阶段建议取值是：T=60 s，N=3。采用并发方式发送消息，并加以滑动窗口流量控制，窗口大小参数W可配置，现阶段建议取为16，即接收方应答前，1次收到的消息数多不过16条。
3 软件部分设计
本系统上位机软件的实现采用基于bbbbbbs 2000环境下的Intouch 8．O系统。Intouch具有的人机接口界面(HMI)和面向对象的图形开发环境，便于、快捷地配置用户的应用程序。目前常见的工控组态软件有Intouch、LabView，Rsview(Allen-Brandley)、Ifix(GE Fanuc)、Kingview(组态王)、Wince (Siemens)、Interlution等，Intouch和这些软件相比，其主要优点有：优化代码；自带SQL语言，方便数据库设计；提供各种通信协议接口，包括PLC，GSM，GPRS等。基于以上特点，这里使用Intouch作为上位机软件的开发工具，其实现的功能包括：自动形成生产日、月、年报表，定时自动打印：建立详细的帮助信息，所有事故报警信息显示清单；监测数据的图形化与报表形式显示。图2为污水厂进水预处理软件界面。
4 系统应用分析
经过实际的系统运行，基于GPRS的污水处理监控系统自投入使用以来，污水处理性能和效率提高很多，BOD5总去除率有较大幅度提高，COD达标率和BOD5达标率达到100％。图3、图4分别是污水处理厂某月出水监测COD数据变化图和BOD5数据变化图。
整个系统界面友好，操作方便，可实现各等级权限密码保护，系统。并可根据用户事先设定的监控范围对多种指标进行监控，一旦出设定范围，计算机立即报警，并记录有关数据、工况，以供分析处理。计算机所测数据可按一定时间间隔记录到硬盘上，也可根据用户的要求在各种条件下存盘，用户可根据需要随时调取有关数据进行显示、打印。同时还可实现网络发布功能。使各终端通过Web访问服务器，实时了解监控数据，同样可以实现各种动画、表格、曲线的显示，满足不同权限的用户实时了解各站点工作情况及监测数据的需求。
5 结论
本研究项目针对传统污水监控系统由于监控点位置分散，通过有线的方式布置系统存在成本过高、缺乏灵活性等缺点，采用GPRS技术为某污水处理公司设计一套基于GPRS的污水处理监控系统，基于bbbbbbs2000环境下的Intouch 8．0系统进行软件的2次开发，通过系统的投产运行，该系统在处理污水的能力方面较以前有较大幅度的提升，且节约了经济成本。GPRS技术由于其优越性，在自动控制、环境监测等方面将发挥大的作用。