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1、概述
小区供水系统用于对小区内生活、消防和喷淋用水的自动供给，是住宅小区公用设施的重要组成部分。供水系统通过对水泵、阀门等设备的开、关和联锁来实现小区的正常供水，从而达到居民正常生活和人员、设备安全的目的。
以前，小区供水系统的自动化程度不高，其电气控制部分一般采用传统的继电器进行控制。但是，继电器控制回路存在多种弊端，如继电器由于长期动作容易造成咬死和损坏、继电器回路接线复杂且维护困难、继电器回路难以实现复杂逻辑的控制、继电器回路控制方案不易修改等。随着计算机技术、控制技术和通讯技术的发展，现在供水系统越来越多地采用**、可靠、实用的可编程控制器(PLC)进行控制，以**设备运行的可靠性和供水系统的经济性。
另外，为满足管控一体化的要求，小区供水自动化系统可以纳入上位管理系统统一管理。在用PLC对现场设备进行监视和控制的基础上，利用PLC通信灵活的优点，通过通信网络把PLC和上位管理计算机连接起来，从而构建上位监控系统，做到管理和监控一体化。
本文介绍和利时公司小型一体化PLC产品HOLLiAS-LEC G3用于小区自动供水系统的应用实例。
2、系统简介
某住宅小区共有4栋住宅楼，配有4个标准高位水箱，2台水泵一用一备对水箱进行供水。供水系统的控制由和利时公司新一代小型一体化PLC完成，该控制系统共有11路开关量输入信号、9路继电器输出信号和4路模拟量输入信号。PLC控制部分由一块24点CPU模块LM3107(14点开关量输入和10点继电器输出)及一块4点模拟量输入模块LM3310组成，PLC配置如图1所示。CPU模块上的串行通讯口连接上位计算机，用于对PLC编程和传输数据。
图1 PLC系统配置图
3、系统主要功能
供水控制系统由上位计算机监视系统和下位PLC两部分组成，上位监视系统主要完成对现场设备运行参数的监视、处理和存储，PLC 主要完成数据的采集和对现场设备的控制。
上位监控计算机接收PLC上传的供水系统运行数据，并对数据进行处理，以数值和图形的方式显示设备运行状态和运行参数。若运行参数或运行状态发生异常，系统对异常数据进行报警，提醒工作人员进行处理。
PLC采集水泵的开/停、手动/自动运行状态和水位信号，并通过通讯网络把相关数据传给上位计算机。PLC采集供水系统各设备的状态和运行参数后，进行联锁、延时和调节运算，并对相关设备发出控制指令。该系统的程序框图如图2所示。
图2 PLC控制系统程序框图
水位低时，开启泵对水箱供水；水位高时，停止泵的运行，供水结束。两台水泵循环使用，具备自我保护、自动故障切换功能。具有水位超高、超低检测功能，一旦发生水位异常，系统报警。同样，泵运行异常时系统也发生报警。
PLC编程软件采用代表软件新发展潮流、完全符合IEC61131-3的PowerPro软件，该软件具有IL、LD、FBD、SFC、ST五种编程语言，且五种编程语言可以混合编程，部分编程语言可以相互转化。PowerPro具有离线仿真功能，可以自定义功能块，极大地方便了软件编制和程序调试。和传统的PLC编程软件相比，PowerPro不仅具备了传统PLC编程软件的优越特性，还注入了一些现代软件面向对象的开发理念，这就使得程序的开发变得简单、快捷，让新学习PLC编程的技术人员更容易上手，同时也容易开发出更为复杂、稳定的程序。另外，PowerPro还提供了非常便捷的调试环境，使得程序的调试更为方便，使程序的开发周期大为缩短。
隧道自动化是一个整体的概念,包括消防管理系统、交通控制系统、照明控制系统、通风控制系统、报警系统、摄像监控系统、信息管理系统、电源及配电控制系统和交通自动化等。而以中央计算机+隧道可编程序控制器（现场总线+PLC+手操屏），构成的隧道自动化系统既能完成隧道机电设备、隧道环境状况监控的功能,又可完成隧道信息管理的功能,其中的监控部分采用了具有高可靠性的PLC组成的，基于现场总线的集散控制结构的隧道可编程序控制器。使得整个自动化系统的可靠性得到保证。同时,PLC可以独立工作,完成基本控制任务;现场总线的采用将使各个区域的监控任务变成相应PLC的分散监控任务,使得隧道布线更加简单、合理。PLC的灵活配置使得隧道监控系统形成模块结构,PLC系统可大可小,可根据现场要求进行合理分布。下面就福建漳州至龙岩高速公路大为主的隧道群交通、照明及通风监控系统为例介绍隧道可编程序控制器在实际中的开发和应用。
2 系统要求
漳龙高速公路共有6个隧道，分别是万松关隧道、风霜岭隧道、大隧道、后眷隧道、南靖隧道，石崆门隧道（不属于本次施工范围），大隧道是一个双洞、长约2.6km的高速公路隧道,在双洞单向行驶时,设计车速为80km/h,当单洞双向行驶时,设计车速为60km/h。为了达到上述要求,洞内交通、照明和通风均有相应的要求,分别由所对应机电设备的数量、功率、安装位置来保证。由相应的控制系统、监测系统对洞内照明和通风进行优化控制,以达到节能和安全行驶。如,由照明监控系统保证洞内照明,在白天,由洞口到洞内的照度能够较平缓地过渡等措施避免玄光和黑洞现象;由通风控制系统保证洞内CO浓度、能见度和洞内风速达到设计要求。
3 系统构成
3.1道可编程控制器介绍
隧道可编程控制器遵循中华人民共和国交通行业标准JT/T 608-2004，此标准2005年1月1日实施，北京云星宇交通工程公司依此行业标准研发了相应的产品YXY-RTU。隧道可编程控制器PCT是现场总线+PLC+手操屏的集成产品，此产品充分利用了PLC的高稳定性，现场总线的高效率，以及手操屏的现场灵活控制，实现了公路隧道的安全稳定控制。
按照GB/T18567-2001的规定，隧道可编程控制器按照其安装位置的不同可分为隧道监控站内和隧道洞内的区域可编程控制器。
3.1.1隧道监控站内的可编成控制器是指：
a) 隧道监控系统的中央节点，公路交通监控子系统（隧道监控）的节点端机。
b) 与公路监控（分）中心远程通讯，执行（分）中心上位机的动作指令和本机的控制程序。
下图是福建漳龙路隧道群的数据传输网络，可以诠释隧道区域控制器和监控中心的网络通信连接。数据上传由主控本地控制器的以太网模块通过数字光端机直接与监控分中心连接，采用TCP/IP传输协议，使信息层数据共享。
图3-1 隧道群数据传输网络
3.1.2隧道洞内的区域可编程控制器是指：
a) 环网（或总线）拓扑结构的隧道监控子系统（区与监控）的节点端机；
b) 通过光、电传输介质的连接，执行隧道站上位机的动作指令和本机的控制程序。
图3-2是漳龙路大隧道的光线环网拓扑图
隧道的现场控制网络选用OMRON公司的controller bbbb工业级控制网络，具有高可靠性和稳定性。采用4芯多模光缆，每个现场控制器通过Controller bbbb光纤接口模块连接构成多模光纤冗余环结构，其中2芯为备用，即环网上任何一点被截断，通信传输依然可以保持，保证了现场总线避免外界干扰，传输通畅，并**了数据传输的可靠性。
特点：
1）网络为对等网，任意节点故障不会影响干网运行。
2）光纤自愈环网的通讯速度2Mbps。
3）光纤ST头直接进模块，减少了中间环节，工作更可靠。
4）网络节点之间无须编程可以传输数据，便于今后检修与维护。
3.1.3隧道可编程序控制器PCT的功能
隧道可编程序控制器PCT的监控任务分成以下几个部分:
(1) 自动时通过检测交通、气象等参数，根据运算可得出交通状况，采用相应的控制方案。手动时中央控制计算机或手操屏根据实际情况确定交通模式。
(2) 通过现场总线,将车**信息、CO/VI/TW信息送到CS1,在中央控制计算机中,生成通风工作状态和照明工作状态。
(3) 通风PLC从现场总线读取风机组启/停控制要求,进行风机组的现场控制。
(4) 照明PLC,根据照度进行洞内照明的控制或控制中央控制室的定时控制指令来控制照明。
3.2漳龙路隧道群的系统构成
本隧道群自动化方案采用中央控制计算机+隧道可编程序控制器YXY-RTU,中央控制计算机由多台互连的工业PC组成,构成隧道信息中心，负责隧道各种信息的汇集和处理、控制指令的产生和发布、隧道模拟大屏幕的控制、各种报表的生成及紧急事故的处理等任务,并进行整个系统的协调。隧道可编程序控制器采用北京云星宇交通工程公司的YXY-RTU,隧道可编程序控制器中，现场总线采用OMRON Controller bbbb,总控PLC为OMRON CS1-G-42H,现场PLC采用OMRON CS1-G-42H。数据传输网络由数据上传和现场控制网络组成。
4系统工作过程概述
光强检测仪测得反映光照度的4～20mA形式电信号,送到相应的隧道可编程序控制器PCT。由该控制器控制相应的照明开关(交流接触器),使洞内照度与洞外照度得到比较平缓的过渡。照明控制也可以采用按季节定时控制方式。每个控制点具有回检信号和报警信号,PLC通过现场总线将照明系统的现场检测结果返回到中央控制计算机,进行信息汇总、协调,并显示在隧道大屏幕上。
VI/CO/TW检测仪以4～20mA形式电信号,送到就近的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,由中央控制计算机根据这些参数断定所开启的风机是否合适,进行合适的增加、减少或不变,修正风机控制规则表,同时将风机控制指令发送到风机控制器,在大屏幕中显示洞内环境信息。
车**检测线圈以串行码信息的形式送入相应的隧道可编程序控制器,由现场总线返回到中央控制计算机,根据车**决定风机开启组数,经现场总线下载到风机控制器,对风机组的启/停进行控制。风机控制器同时检测各个风机的回检信号和告警信号,将它们返回到中央控制计算机断定风机的运行是否正常,并在大屏幕中进行显示和整个通风系统的协调。
5控制软件的二次开发
PLC采用OMRON公司的CS1-G-42H系列产品，现场总线采用OMRON Controller bbbb现场总线,其软件是对CX-PROGRAMMER控制组态软件及通讯软件的二次开发,定义各个控制器的通讯地址,进行有关信息的交换。各个控制器的直接控制和检测软件根据系统的硬件来实现,可以用CX-PROGRAMMER的梯形图或语句表等语言来设计和实现。成功的OMRON CONTROLLER bbbb现场总线，使所有编程工作变得比较简单，大大缩短了开发和施工周期。
6小结
本系统由于采用了中央控制计算机+隧道可编程序控制器构成的隧道自动化控制方案,充分发挥了现场总线的灵活组态方式,使得整个系统的有用信息得到完全共享,便于系统集成和相关设备日常检修。同时Controller bbbb的高速度数据通讯和光纤自愈环网所带来的高可靠性,使得整个监控系统十分适合隧道自动化系统;增加整个系统的抗干扰能力,缩短外部信号的引线长度和控制信号电缆长度,减少接线端子。这种监控方式较好地发挥了工业PC和PLC的各自优势,充分利用了工业PC在信息管理和处理上的强大能力及PLC在现场控制中的灵活性
