鐵路供水對(duì)于保障鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)作意義重大，而鐵路沿線供水的水井、水塔等設(shè)施分布比較分散，以往鐵路供水系統(tǒng)的監(jiān)控是依靠電話同現(xiàn)場(chǎng)的操作人員取得聯(lián)系進(jìn)行判斷現(xiàn)場(chǎng)供水情況，為了提高鐵路沿線供水設(shè)備管理的實(shí)時(shí)性，改善鐵路供水水質(zhì)，降低成本 需要一種更加高效、可靠的系統(tǒng)進(jìn)行代替，為此，設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程供水測(cè)控終端集數(shù)據(jù)采集與處理 現(xiàn)場(chǎng)控制和遠(yuǎn)程通信于一體 分布在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控終端通過(guò)RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊，充分地利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)資源 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控終端與監(jiān)控中心的通信功能，從而可以實(shí)現(xiàn)高可靠性，低成本的實(shí)時(shí)監(jiān)控達(dá)到系統(tǒng)安全運(yùn)行目的。
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程測(cè)控終端是根據(jù)新鄉(xiāng)水電段提供的給水集中遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)要求而完成的。
遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)由監(jiān)控中心，分布在各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)上的遠(yuǎn)程測(cè)控終端和通信介質(zhì)3部分組成 。
一、測(cè)控終端現(xiàn)場(chǎng)采集并顯示水位高低，泵出口壓力，泵出口流量等參數(shù);
二、測(cè)控終端現(xiàn)場(chǎng)采集并顯示電機(jī)三相電壓，三相電流，電度量數(shù)據(jù);
三、測(cè)控終端現(xiàn)場(chǎng)采集并用LED 指示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，泵房有無(wú)人狀態(tài)等;
四、向監(jiān)控中心上傳水位高低，泵出口壓力，泵出口流量等參數(shù);
五、向監(jiān)控中心上傳電機(jī)三相電壓，三相電流，電度量數(shù)據(jù);
六、向監(jiān)控中心上傳電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)/ 手動(dòng)切換狀態(tài)，泵房有無(wú)人狀態(tài);;
七、向監(jiān)控中心上傳安全監(jiān)控上下限參數(shù)，如：井塔水位、電壓、電流等參數(shù)的上下限值;
八、監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制電機(jī)的開(kāi)停;
九、監(jiān)控中心遠(yuǎn)程修改安全監(jiān)控上下限參數(shù)。
如圖1 所示遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的上層是監(jiān)控PC機(jī)中間層是由RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器以及線路組成的通信鏈路層，下層是具有RS485 總線接口的測(cè)控終端，測(cè)控終端由單片機(jī)系統(tǒng)組成，分布在各井房和水塔現(xiàn)場(chǎng)，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并在上位PC機(jī)發(fā)出請(qǐng)求時(shí)將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī) RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器完成數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)交換任務(wù)。
遠(yuǎn)程供水監(jiān)控系統(tǒng)中的終端監(jiān)測(cè)設(shè)備選用北京聚英電子的以太網(wǎng)Mosbus RTU。
遠(yuǎn)程測(cè)控終端硬件電路
設(shè)備型號(hào)為JY-RTU6640-M
測(cè)控終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示
◆ 提供設(shè)備狀態(tài)指示燈，方便設(shè)備維護(hù);
◆ 寬電壓供電范圍：7V-30V;
◆ 帶RS232、RS485(232也轉(zhuǎn)為485的情況下，可以有兩路485);
◆ 內(nèi)置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)時(shí)間本機(jī)保存(需定制);
◆ 6路AD仿真量輸入(12位)，輸入電壓為0-30V，也可以測(cè)量4-20mA工業(yè)電流信號(hào);
◆ 6路繼電器輸出控制、4路光耦輸入輸出控制(輸入和輸出的位數(shù)自選);
◆ 內(nèi)置RTC，掉電可自動(dòng)計(jì)時(shí)，定時(shí)定點(diǎn)喚醒，需定制;
◆ 高效的電源管理設(shè)計(jì)，在對(duì)功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)低功耗節(jié)能，延長(zhǎng)工作時(shí)間，需定制;
◆ 傳輸支持多種協(xié)議，我公司自定協(xié)議和Modbus協(xié)議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;
◆ Modbus從機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)、從機(jī)主動(dòng)回傳;
◆ Modbus主機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)主機(jī)、主機(jī)不巡檢;
◆ 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸支持GPRS、以太網(wǎng)等;
◆ 數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)模塊可實(shí)現(xiàn)功能：
支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數(shù)據(jù)傳輸速度加快，適合大數(shù)據(jù)量傳輸;
支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議;
支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無(wú)數(shù)個(gè);
根據(jù)服務(wù)器的需要，協(xié)議可以支持更加豐富;
支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)喚醒功能;
◆ 支持專用軟件進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程參數(shù)配置及維護(hù);
◆ 支持本地和遠(yuǎn)程固件升級(jí);
系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集電路包含3 個(gè)部分，水位，泵出口壓力等模擬量，非電量，采集，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)手動(dòng)/ 自動(dòng)開(kāi)關(guān)等各開(kāi)關(guān)量采集，電機(jī)三相電壓，三相電流，電度量等電量參數(shù)采集，模擬量，非電量，的采集是指現(xiàn)場(chǎng)的井液位塔液位，泵出口壓力和出口流量4 個(gè)量的采集W77E58 的P0口通過(guò)74LS373 將地址和使能信號(hào)送給多路復(fù)用芯片CD4067 選通所要采集的數(shù)據(jù)通道依次采集井液位，塔液位，泵出口壓力和流量 A/D轉(zhuǎn)換器AD574 的轉(zhuǎn)換結(jié)果送給W77E58 處理，開(kāi)關(guān)輸入量包括接觸器狀態(tài)，紅外開(kāi)關(guān)信號(hào)儲(chǔ)液箱液位信號(hào) 手動(dòng)/ 自動(dòng)控制切換信號(hào)等 8255接口芯片與光電隔離芯片TLP521 共同實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的采集 W77E58 單片機(jī)讀取8255 PA 口的前7 位的狀態(tài)就得到了經(jīng)過(guò)光電隔離后的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)信號(hào)PA0 PA6 表示的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)依次為，泵運(yùn)行狀態(tài)自動(dòng)/ 手動(dòng)切換狀態(tài) 泵房有無(wú)人狀態(tài)等。
電量參數(shù)采集是指電機(jī)的三相電壓，三相電流和電度量等的采集，系統(tǒng)使用多功能智能電表進(jìn)行電量的數(shù)據(jù)采集，多功能電表采集電量數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)RS485 通信接口，再送給W77E58 的串口， 實(shí)現(xiàn)與多功能電度表通訊接口，實(shí)時(shí)地讀取水泵電機(jī)三相電流、三相電壓 有功功率及消耗的電度量，動(dòng)態(tài)監(jiān)視水泵電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。
在供水系統(tǒng)中的水塔中水位的控制由水泵的開(kāi)停決定，而水泵電機(jī)的開(kāi)停由開(kāi)關(guān)量控制 開(kāi)關(guān)量輸出還包括注液控制信號(hào)，報(bào)警燈控制信號(hào)以及報(bào)警鈴控制信號(hào)等，在開(kāi)關(guān)量輸出電路的設(shè)計(jì)中，和開(kāi)關(guān)量采集電路一樣，通過(guò)同一片8255 開(kāi)關(guān)量的輸出使用的是PC口 PC口經(jīng)ULN2803 與外部的繼電器等連接，控制電機(jī)，報(bào)警裝置等，信接口電路設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程測(cè)控終端采用以太測(cè)控網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)通一種RS485/以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，作為測(cè)控終端與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的通信接口，網(wǎng)絡(luò)通是一種廉價(jià)小巧的測(cè)控以太網(wǎng)接口模塊是遠(yuǎn)程測(cè)控終端的通信。
上位機(jī)軟件包括前臺(tái)的管理模塊和后臺(tái)的與以太網(wǎng)通信模塊組成，前臺(tái)的管理模塊包括工藝流程圖，監(jiān)控總體圖泵站控制操作圖，打印報(bào)表處理，歷史紀(jì)錄，測(cè)控算法程序等，后臺(tái)通信模塊功能是PC機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通和測(cè)控終端通信，完成與測(cè)控終端串行通信任務(wù)。
下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)包括，管理程序，測(cè)控程序和通訊，管理程序有鍵盤及顯示子程序掉電讀寫子程序，時(shí)鐘管理子程序，報(bào)警處理子程序等，實(shí)現(xiàn)測(cè)控終端測(cè)控參量的實(shí)時(shí)顯示，上下限值的設(shè)定，超限及故障診斷與報(bào)警處理功能，測(cè)控程序有數(shù)據(jù)采集及濾波處理子程序 定點(diǎn)數(shù)/ 浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換子程序，開(kāi)關(guān)量輸入子程序，控制輸出子程序等，實(shí)現(xiàn)液位，流量，壓力類參量以及水泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等開(kāi)關(guān)類輸入量的采集處理，水泵電機(jī)，二氧化氯消毒設(shè)備等的輸出控制，通訊程序有多功能電度表RS485 通信接口子程序，實(shí)現(xiàn)電壓，電流電度等電參量的數(shù)據(jù)采集 RS485/以太網(wǎng)通信接口量 控制和遠(yuǎn)程調(diào)度的功能。
發(fā)送方將校驗(yàn)和計(jì)算出后放在幀尾同數(shù)據(jù)幀一起發(fā)送 接收方接到數(shù)據(jù)后 以同樣方式計(jì)算校驗(yàn)和 與傳送過(guò)來(lái)的校驗(yàn)和進(jìn)行比較 如果相同就表示正確 不同則表示有誤 為了保證數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性 采用如下兩種情況差錯(cuò)處理方法 一是遠(yuǎn)程測(cè)控終端主發(fā)送時(shí) 若待發(fā)送的原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)度大于32字節(jié)時(shí) 可以分幀傳送 發(fā)完一幀后等待正確應(yīng)答信號(hào) 收到上位機(jī)的正確應(yīng)答幀可發(fā)下一幀 否則 接收到出錯(cuò)應(yīng)答或2s內(nèi)無(wú)應(yīng)答重復(fù)發(fā)當(dāng)前幀重發(fā)5 次放棄發(fā)送 二是遠(yuǎn)程測(cè)控終端被動(dòng)接收時(shí)接收到上位機(jī)發(fā)來(lái)的正確幀要在1s內(nèi)發(fā)正確應(yīng)答幀1 次 若發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)要發(fā)出錯(cuò)應(yīng)答幀1 次。
實(shí)現(xiàn)鐵路井群供水的集中監(jiān)控不僅能夠改變目前供水手段及監(jiān)測(cè)方法落后的狀況而且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，利用現(xiàn)有的以太網(wǎng)資源實(shí)現(xiàn)的對(duì)鐵路沿線供水情況的監(jiān)控，其設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單可靠，運(yùn)行成本低，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以應(yīng)用于電力、水利、石油、市政等行業(yè)中、特別是用于地理環(huán)境惡劣無(wú)人值守的環(huán)境下、應(yīng)用前景廣闊。
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