水源井智能控制系统

水源井智能控制系统

摘要：该文以某电厂水源供水系统为依托，利用PLC设计了一套水源井智能控制系统。鉴于电机启动时启动电流大等缺点，系统中采用了软启动器启动电机，考

虑到监控室距离控制现场比较远，采用无线GPRS通信方式实现了对水源井的集

中监控，从而提高了工作效率、保障了供水系统运行稳定可靠性。

关键词：PLC;水源井;GPRS通信;智能控制

0引言

工业用水对于火电厂中的大量火电机组具有非常重要的意义，而电厂的水源

井一般位于偏离厂区较远的区域，且具有一定的分散性，由此导致了相应的一系

列井群的管理控制问题。而由于成本、人员管理等局限性，对井群的传统控制方法，如人工控制法、有线监控法等都不能很好地满足对水源井群的实时监控需求

随着无线通讯技术的发展，无线移动分组数据交换技术(GPRS)的应用日趋成熟，

在此情况下，设计并实现了借助GPRS通信模块，采用基于PLC的水源井远程监

控系统。该水源井监控系统以无线通信和计算机网络为技术平台，无须搭建专门

的电缆系统，具有组网灵活、结构简单的优点。

本课题的研究内容是利用计算机和PLC设计一套水源井智能控制系统，该系

统以GPRS方式实现对水源井集中进行监控。整个控制系统包括总控室监控主站、通讯网络、水源井控制分站三部分。在系统的总控室上位监控主站中，设置监控

计算机1台，具有远程控制与就地控制功能。就地实时显示的系统运行参数有:

水源井的水位、电压、电流、出水压力、流量等，能够就地实时显示系统的工

作状态；远程集中监控各水源井运行状态、参数，控制各水源井的运行。水源井

具有下列保护功能:水井水位低、过流、过压、短路等保护功能，同时水泵的启

停平滑，无冲击。在通讯网络部分，监控中心与水源井终端之间采用GPRS方式

通信，用于完成中控室计算机与各水源井控制分站的数据通讯功能。水源井控制

分站，通过选用的监测系统运行的各类传感器实现数据的采集、转换和存储，

实现控制及报警等功能。各水源井设备的运行可实现独自监控，该部分主要通过

无线信道与监控中心微机进行数据通信。

1系统总体方案的确定

本水源井控制系统一共包括1个监控中心主站、14 个水源井控制子站。该系

统主要由总控室、通讯网络和水源井监控分站两部分组成。按功能可由监控中心、无线通信系统、现场终端、传感器及仪表等组成。

⑴监控中心：硬件由工业控制计算机、定向天线、UPS电源组成。软件选用WinXP为系统平台，组态王 6.53为应用平台，计算机与Internet相连接。完成各

水源井数据的实时采集、监测、控制及数据存储、数据查询等功能。

(2)无线通信系统:考虑到水源井群分布离散性及监控中心与井群的距离性等特点，本水源井监控系统采用了主从结构及无线实时监控方式。监控中心与水源井

终端之间采用GPRS通讯方式通信。监控中心为主站，水源井终端为从站。

(3)现场终端:现场控制终端的核心是PLC，主要完成各水源井相关数据的采集、转换、存储及报警、控制等功能，各水源井通过无线信道与监控中心微机进行数

据通信。

(4)传感器及仪表:现场信号经过变送器，输出标准信号，被PLC终端所接受。

1.1硬件总体框图

为满足系统的功能要求，监控分站的硬件总体框图。

1.2主电路设计

在主控制电路硬件设计系统中，每个水源井配备一台电机，由于电机直接启

动将造成很大的启动电流，可能达到额定电流的5 ~ 10倍，也可能达到几百安，

缩短电机寿命，对电网冲击大，因此每台电机配备一个软启动器，用软启动器控

制电机的启停。软启动器输人端经空气开关，连接到三相电源，输出端直接接三

相电机。电机启动完毕后，旁路接触器接通，软启动器停止工作。系统主电路中

串联了热继电器用于电机的过流保护，转换开关用于实现远程/就地工作方式之间的转换。在电机启动时要注意先开电动阀门再启动电机，停止时要先关电动阀

门再关电机。

1.3 PLC端口配置

1.3.1 PLC 输入

PLC模拟量输人包括电源电压、电机电流、水井水位、压力信号和流量信号。

电压变送器输人端口：自动控制系统PLC输人端口包括水源井电机开按钮、

水源井电机关按钮、电动阀门开到位输入信号、电动阀门关到位输入信号、旁路

接触器闭合信号、远程/就地信号，软启动器故障信号。

1.3.2 PLC 输出

输出端口：自动控制系统PLC输出端口包括控制水源井电机启停信号、开电

动阀门信号、关电动阀门信号、报警信号。PLC与软启动器、交流接触器等是通

过中间继电器进行连接的，中间继电器控制系统的输出信号与负载端电气隔离，从而可以实现控制系统中强电与弱电之间的隔离，保护PLC设备，增强系统的可

靠性。

1.4水泵启停程序设计

⑴水泵的启动

该程序主要是完成水泵的启动，检测水位、电源电压，检查软启动器是否故障，然后再开动电动阀门，启动软启动器。

(2)水泵的停止

该程序主要是完成水泵的停止，停止时要先关电动阀门，再停软启动器。

2上位机监控界面设计

本系统中采用了最新的组态王6.53设计了上位机监控界面，同时选用了基于MODBUS协议的CPU100系列PLC与人机界面及其他检测设备间的通信模式，将

触摸屏及其他支持MODBUS协议的检测与控制设备均通过MODBUS连接到系统中，这样就实现了PLC通信端口的充分合理利用，同时也方便了系统的扩展利用。在本监控系统中，数据通信模式设定为PLC为主站，HMI为从站。通信采用远程

终端单元(RTU)模式，根据 PLC通信口来选择数据的传输方式。

3结语

随着各火电厂及煤矿企业对工业用水的水源井系统控制管理要求的提高，以

及无线通讯技术的发展和无线移动分组数据交换技术(GPRS)应用的日趋成熟，那

些传统的人工操作等手动控制方式已不能对系统的运行状况进行实时监测并做出

及时反应，越来越无法满足现代企业的技术要求，所以我们为了实现供水系统的

自动化控制和计算机监测管理，采用计算机和PLC组成的系统来改造供水系统，

以实现对水源井进行集中监控，达到监测水源井的各项参数，远程控制水源井水

泵的启停，提高效率、降低损失，保障了供水质量的要求。

参考文献：

[1]张桂香.电气控制与PLC应用[M].北京:化学工业出版社，2003.