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    1.引言

    （1）火車站給水系統(tǒng)概況和意義

    傳統(tǒng)的車站加水方法并不能及時(shí)排除旅客在列車上的用水問題，不僅給旅客造成諸多不便，而且在運(yùn)輸高峰時(shí)期給火車站的調(diào)度工作帶來了很大的負(fù)擔(dān)。基于PLC的列車給水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雖然能有效的核算列車用水量，完成各項(xiàng)控制功能，但是在某些偏遠(yuǎn)的無人值守車站或者是不便于布線的偏遠(yuǎn)地區(qū)，水源距離主控室又很遠(yuǎn)，這種情況下要確保旅客列車的正常飲用水和生活用水，需要建立一套先進(jìn)的中心自動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)分散的水源集中管理和調(diào)度。其核心方法就是通過PLC結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通訊技術(shù)來進(jìn)行無線遙測(cè)遙控。這套系統(tǒng)對(duì)于解決水資源的合理調(diào)配及火車站給水系統(tǒng)的智能化控制管理創(chuàng)造了便利的條件。

    （2）應(yīng)用行業(yè)：鐵路、給水

    （3）使用的產(chǎn)品：OMRON CP1H

    （4）應(yīng)用的主要的主要工藝點(diǎn)及要解決的主要問題：信號(hào)遠(yuǎn)距離無線傳送、無協(xié)議通訊

    2.系統(tǒng)方案

    2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    火車站給水系統(tǒng)分為三個(gè)部分：水源井控制部分，無線通訊部分和清水池部分。如圖1所示

    2.2 水源井控制部分

    水源井控制部分的硬件組成：液位傳感器、給水泵、一塊研華ADAM4050模塊、一塊研華ADAM4017模塊。研華ADAM4050模塊具有7通道數(shù)字量輸入和8通道數(shù)字量輸出，分別用于檢測(cè)泵的運(yùn)行故障和控制泵的啟停。研華ADAM4017模塊將液位傳感器的液位信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再轉(zhuǎn)化成工程量，以RS-485通訊協(xié)議進(jìn)行通訊。

    2.3 清水池控制部分

    清水池附近設(shè)有主控室，協(xié)調(diào)泵站的運(yùn)行，進(jìn)行實(shí)地的監(jiān)測(cè)和調(diào)度。主控室部分的硬件組成：液位傳感器、OMRON CP1HXA40DT-D型PLC、一臺(tái)PC機(jī)。PLC與上位機(jī)以RS-232協(xié)議進(jìn)行直接的通訊。

    2.4 無線通訊

    2.4.1捷麥DMD21M數(shù)傳模塊

    無論是上位機(jī)傳給模塊還是模塊傳給上位機(jī)的數(shù)據(jù)都采用無格式傳送（透明傳送）。所謂透明數(shù)據(jù)傳輸是指：上位機(jī)與模塊進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)格式，沒有象指令字頭、結(jié)束符等數(shù)據(jù)包信息，只要上位機(jī)串口有數(shù)據(jù)輸出，模塊就把串口的數(shù)據(jù)以無線方式編碼發(fā)送；當(dāng)接收模塊接收到發(fā)射模塊發(fā)送的的無線數(shù)據(jù)信號(hào)后進(jìn)行解碼，把解碼后的數(shù)據(jù)按發(fā)送端的格式從串口輸出。也就是說模塊對(duì)使用者是開放的、透明的，且無需改變?cè)型ㄐ懦绦蚣斑B接方法。當(dāng)模塊收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)后,模塊先判斷收到的數(shù)據(jù)是命令還是發(fā)送數(shù)據(jù),若是命令則執(zhí)行相應(yīng)的命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)則先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送到發(fā)送緩沖區(qū)，并同時(shí)將模塊的狀態(tài)由接收狀態(tài)轉(zhuǎn)換成發(fā)射狀態(tài)，然后啟動(dòng)發(fā)送打包程序。發(fā)送打包程序的功能是將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)打成適合無線發(fā)送的數(shù)據(jù)包，并將一些控制信令動(dòng)態(tài)地插入到數(shù)據(jù)包中。

    在接收狀態(tài)下，接收機(jī)總是接收碼流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻進(jìn)行位同步，獲得位同步后進(jìn)行碼同步，碼同步完成后接收數(shù)據(jù)及控制信息。收到數(shù)據(jù)后，按規(guī)定的串口幀格式傳送給上位機(jī)。需要注意的是，捷麥DMD21M數(shù)傳模塊的通信是半雙工的。即無線模塊發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)模塊不能接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時(shí)模塊不能發(fā)射數(shù)據(jù)。因此在通信編程時(shí)應(yīng)將收發(fā)的時(shí)間錯(cuò)開。

    2.4.2 OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC與研華模塊的無線通訊

    OMRON CP1H PLC內(nèi)置模擬量輸入/輸出， 該模塊通過發(fā)出ASC碼格式的簡(jiǎn)單命令，并以RS-232通訊協(xié)議與捷麥數(shù)傳模塊進(jìn)行通訊。考慮到研華模塊的自定義協(xié)議，這里只能采取無協(xié)議通信。所謂無協(xié)議通訊，即不使用固定協(xié)議（協(xié)議）不經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、通過通信端口輸入輸出指令（TXD、RXD 指令）發(fā)送接收數(shù)據(jù)的功能。這種情況下，通過系統(tǒng)設(shè)定，將PLC串行端口的串行通信模式設(shè)為無協(xié)議通信。通過該無協(xié)議通信，PLC與帶有RS-232C 端口（或RS-422A/485 端口）的通用外部設(shè)備之間，按照TXD、RXD 指令進(jìn)行單方地發(fā)送接收數(shù)據(jù)。

    通過遠(yuǎn)方的研華亞當(dāng)模塊，將采集的水源井的液位和給水泵的運(yùn)行狀態(tài)等測(cè)控信號(hào)按RS-485通訊協(xié)議，發(fā)送至捷麥的數(shù)傳模塊，數(shù)傳模塊將打包后的數(shù)據(jù)經(jīng)無線通道發(fā)送；本地主控室接收端的數(shù)傳模塊再將接收的數(shù)據(jù)和命令一并發(fā)送至PLC，PLC根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，完成各項(xiàng)邏輯控制，并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。整個(gè)過程不用架設(shè)任何通訊電纜。上位機(jī)與模塊間的通信是通過異步串口來完成的。在通信前串口的數(shù)據(jù)幀格式（8個(gè)數(shù)據(jù)位或9 個(gè)數(shù)據(jù)位）與速率應(yīng)與模塊的設(shè)置一致。

    2.5 系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)原則

    本站按無人值班來設(shè)計(jì)，初期為少人值班，待取得一定的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)后將逐步過渡到無人值班。

    3.軟件

    軟件設(shè)計(jì)需完成以下控制要求：先檢查水源井水位是否達(dá)到設(shè)定的下限液位。若已經(jīng)低于下限液位，則觸發(fā)報(bào)警信號(hào)；若處在正常液位，則檢查清水池液位。清水池液位未達(dá)到設(shè)定的液位上限時(shí)，才根據(jù)需要啟動(dòng)給水泵工作；若高于設(shè)定的上限液位，則發(fā)出給水泵停止工作的指令。如圖2所示。

    3.1 控制程序

    采用OMRON電氣公司開發(fā)的與PLC相配套的CX—Programmer7.1編程軟件來編寫研華模塊的指令程序和水塔、清水池的控制程序。CX—Programmer7.1編程軟件是與OmronPLCs進(jìn)行通訊和監(jiān)控的中介軟件，通過CX-Programmer 的的操作，可將CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)寫入到存儲(chǔ)盒，寫入的數(shù)據(jù)可逐個(gè)地指定。也可對(duì)存儲(chǔ)盒內(nèi)保存的數(shù)據(jù)及CPU 單元內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)。

    3.2 參數(shù)設(shè)置

    用捷麥的測(cè)試軟件對(duì)無線數(shù)傳模塊進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。利用測(cè)試軟件測(cè)試通信質(zhì)量，檢驗(yàn)組網(wǎng)的可行性。

    3.3 組態(tài)軟件

    組態(tài)控制技術(shù)最大的特點(diǎn)就是從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)都具有組態(tài)性，采用美國(guó)wonderware公司的InTouch組態(tài)軟件編制整個(gè)工藝流程的設(shè)備狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄給水泵的開、停、故障狀態(tài)記錄。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便、可靠、性價(jià)比高，可視化和圖形化的管理功能為管理和運(yùn)行能夠提供了方便。通過了驗(yàn)收鑒定，系統(tǒng)各項(xiàng)控制指標(biāo)達(dá)到了預(yù)定要求。

    3.4 OPC軟件

    在該控制系統(tǒng)中，因子控制系統(tǒng)分散，并且采用不同廠家的設(shè)備和方案。所以要將這些子控制系統(tǒng)集成，并架構(gòu)統(tǒng)一的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。這樣的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)需要解決分散子系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享，各子系統(tǒng)需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)相應(yīng)控制指令，再考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)往往需要升級(jí)和調(diào)整，就需要各子系統(tǒng)具備統(tǒng)一的開放接口。 OPC（OLE for Process Control） 規(guī)范正是這一思維的產(chǎn)物。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使得用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。通過OPC定義的開放接口，可以實(shí)現(xiàn)利用PC機(jī)上的組態(tài)軟件和模塊間數(shù)據(jù)交換，從而對(duì)被控設(shè)備的遙測(cè)遙控。

    4.方案取得的效果和示范性

    在本工程項(xiàng)目中可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直線距離15000m的通訊要求，自試用運(yùn)行以來，控制功能穩(wěn)定，設(shè)備運(yùn)行良好在鐵路行業(yè)中的廣泛推廣具有良好的前景。

    參考文獻(xiàn)

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    此文摘自中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng)。