欧姆龙工业自动化 (中国) 有限公司

    1.引言

    （1）火车站给水系统概况和意义

    传统的车站加水方法并不能及时排除旅客在列车上的用水问题，不仅给旅客造成诸多不便，而且在运输高峰时期给火车站的调度工作带来了很大的负担。基于PLC的列车给水监测系统虽然能有效的核算列车用水量，完成各项控制功能，但是在某些偏远的无人值守车站或者是不便于布线的偏远地区，水源距离主控室又很远，这种情况下要确保旅客列车的正常饮用水和生活用水，需要建立一套先进的中心自动控制系统，对分散的水源集中管理和调度。其核心方法就是通过PLC结合自动控制技术，计算机技术和无线通讯技术来进行无线遥测遥控。这套系统对于解决水资源的合理调配及火车站给水系统的智能化控制管理创造了便利的条件。

    （2）应用行业：铁路、给水

    （3）使用的产品：OMRON CP1H

    （4）应用的主要的主要工艺点及要解决的主要问题：信号远距离无线传送、无协议通讯

    2.系统方案

    2.1 系统结构

    火车站给水系统分为三个部分：水源井控制部分，无线通讯部分和清水池部分。如图1所示

    2.2 水源井控制部分

    水源井控制部分的硬件组成：液位传感器、给水泵、一块研华ADAM4050模块、一块研华ADAM4017模块。研华ADAM4050模块具有7通道数字量输入和8通道数字量输出，分别用于检测泵的运行故障和控制泵的启停。研华ADAM4017模块将液位传感器的液位信号转化为数字信号，再转化成工程量，以RS-485通讯协议进行通讯。

    2.3 清水池控制部分

    清水池附近设有主控室，协调泵站的运行，进行实地的监测和调度。主控室部分的硬件组成：液位传感器、OMRON CP1HXA40DT-D型PLC、一台PC机。PLC与上位机以RS-232协议进行直接的通讯。

    2.4 无线通讯

    2.4.1捷麦DMD21M数传模块

    无论是上位机传给模块还是模块传给上位机的数据都采用无格式传送（透明传送）。所谓透明数据传输是指：上位机与模块进行信息交换的数据格式，没有象指令字头、结束符等数据包信息，只要上位机串口有数据输出，模块就把串口的数据以无线方式编码发送；当接收模块接收到发射模块发送的的无线数据信号后进行解码，把解码后的数据按发送端的格式从串口输出。也就是说模块对使用者是开放的、透明的，且无需改变原有通信程序及连接方法。当模块收到上位机的数据后,模块先判断收到的数据是命令还是发送数据,若是命令则执行相应的命令，若是发送数据则先将要发送的数据送到发送缓冲区，并同时将模块的状态由接收状态转换成发射状态，然后启动发送打包程序。发送打包程序的功能是将缓冲区的数据打成适合无线发送的数据包，并将一些控制信令动态地插入到数据包中。

    在接收状态下，接收机总是接收码流中的同步信息，一旦收到同步信息立刻进行位同步，获得位同步后进行码同步，码同步完成后接收数据及控制信息。收到数据后，按规定的串口帧格式传送给上位机。需要注意的是，捷麦DMD21M数传模块的通信是半双工的。即无线模块发射数据时模块不能接收数据，接收数据时模块不能发射数据。因此在通信编程时应将收发的时间错开。

    2.4.2 OMRON CP1H-XA40DT-D型PLC与研华模块的无线通讯

    OMRON CP1H PLC内置模拟量输入/输出， 该模块通过发出ASC码格式的简单命令，并以RS-232通讯协议与捷麦数传模块进行通讯。考虑到研华模块的自定义协议，这里只能采取无协议通信。所谓无协议通讯，即不使用固定协议（协议）不经过数据转换、通过通信端口输入输出指令（TXD、RXD 指令）发送接收数据的功能。这种情况下，通过系统设定，将PLC串行端口的串行通信模式设为无协议通信。通过该无协议通信，PLC与带有RS-232C 端口（或RS-422A/485 端口）的通用外部设备之间，按照TXD、RXD 指令进行单方地发送接收数据。

    通过远方的研华亚当模块，将采集的水源井的液位和给水泵的运行状态等测控信号按RS-485通讯协议，发送至捷麦的数传模块，数传模块将打包后的数据经无线通道发送；本地主控室接收端的数传模块再将接收的数据和命令一并发送至PLC，PLC根据接收到的数据进行分析，完成各项逻辑控制，并将相关数据发送给PC机。整个过程不用架设任何通讯电缆。上位机与模块间的通信是通过异步串口来完成的。在通信前串口的数据帧格式（8个数据位或9 个数据位）与速率应与模块的设置一致。

    2.5 系统的主要设计原则

    本站按无人值班来设计，初期为少人值班，待取得一定的运行经验后将逐步过渡到无人值班。

    3.软件

    软件设计需完成以下控制要求：先检查水源井水位是否达到设定的下限液位。若已经低于下限液位，则触发报警信号；若处在正常液位，则检查清水池液位。清水池液位未达到设定的液位上限时，才根据需要启动给水泵工作；若高于设定的上限液位，则发出给水泵停止工作的指令。如图2所示。

    3.1 控制程序

    采用OMRON电气公司开发的与PLC相配套的CX—Programmer7.1编程软件来编写研华模块的指令程序和水塔、清水池的控制程序。CX—Programmer7.1编程软件是与OmronPLCs进行通讯和监控的中介软件，通过CX-Programmer 的的操作，可将CPU 单元内的数据写入到存储盒，写入的数据可逐个地指定。也可对存储盒内保存的数据及CPU 单元内的数据进行核对。

    3.2 参数设置

    用捷麦的测试软件对无线数传模块进行参数设置。利用测试软件测试通信质量，检验组网的可行性。

    3.3 组态软件

    组态控制技术最大的特点就是从硬件设计到软件开发都具有组态性，采用美国wonderware公司的InTouch组态软件编制整个工艺流程的设备状态，实时监测和记录给水泵的开、停、故障状态记录。该系统简单、实用、方便、可靠、性价比高，可视化和图形化的管理功能为管理和运行能够提供了方便。通过了验收鉴定，系统各项控制指标达到了预定要求。

    3.4 OPC软件

    在该控制系统中，因子控制系统分散，并且采用不同厂家的设备和方案。所以要将这些子控制系统集成，并架构统一的实时监控系统。这样的实时监控系统需要解决分散子系统间的数据共享，各子系统需要统一协调相应控制指令，再考虑到实时监控系统往往需要升级和调整，就需要各子系统具备统一的开放接口。 OPC（OLE for Process Control） 规范正是这一思维的产物。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使得用户完全从低层的开发中脱离出来。通过OPC定义的开放接口，可以实现利用PC机上的组态软件和模块间数据交换，从而对被控设备的遥测遥控。

    4.方案取得的效果和示范性

    在本工程项目中可以实现点对点直线距离15000m的通讯要求，自试用运行以来，控制功能稳定，设备运行良好在铁路行业中的广泛推广具有良好的前景。

    参考文献

    [1] SYSMAC CP系列CPIH CPU单元编程手册

    [2] D21DM/D21DH 无线数传模块使用说明V4.2

    [3] 工业自动化解决方案产品选型目录，研华科技

    [4] COM和OPC技术在工业组态软件中的应用

    [5] 邱晓荣,西鹏.浅谈Intouch软件包的应用和开发.选煤技术,2000（2）

    此文摘自中国传动网。